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CONTEXTE INDUSTRIEL ET SCIENTIFIQUE
seurs, turbines) ou dans la chambre de combustion. Au contraire, du fait de leur caractère industriel,
les écoulements dans les turbines à gaz sont le plus souvent résolus par des méthodes RANS, beaucoup
moins coûteuses en temps de calcul : voir par exemple Callot (2002) et Gourdain (2005) pour les
écoulements dans les machines tournantes, Bogard & Thole (2006) sur les thématiques de refroidissement
ou encore Eggels & Hassa (2005) ou Boudier et al. (2007a) pour des résultats RANS et de SGE dans
les chambres de combustion. Les codes de calcul RANS peuvent également être intégrés à des outils plus
complexes, comme une chaîne d’optimisation dans la thèse de Duchaine (2007). Les outils numériques
RANS sont bien implantés chez les industriels, qui les utilisent quotidiennement. Snecma et Turbomeca
utilisent par exemple le code de calcul RANS N3S-Natur, qui est une copropriété Snecma, Turbomeca et
EDF, dont la maîtrise d’œuvre est assurée par la société INCKA-Simulog (Martin, 2006a,b).
La SND n’est pas sans intérêt pour les turbines à gaz, mais n’y est pas utilisée spécifiquement. Elle
permet le développement de modèles potentiellement utilisables dans le contexte des turbines à gaz.
Parmi les SND ayant vocation à traiter des problèmes pour les turbines à gaz, citons par exemple Muldoon
& Acharya (2006), qui effectuent une SND de jet incliné de refroidissement d’aubes de turbines afin de
proposer une adaptation du modèle RANS k−ɛ dans le cas des jets transverses inclinés. Un autre exemple
est celui des SND de flammes prémélangées (Colin et al., 2000) en vue du développement du modèle de
combustion dit modèle de flamme épaissie (Poinsot & Veynante, 2001).
La SGE est à présent utilisée pour la simulation des écoulements dans les chambres de combustion
des turbines à gaz. Des groupes comme ceux du CERFACS (Roux et al., 2005; Boudier et al., 2007a;
Sengissen et al., 2007; Schmitt et al., 2007), du Center of Turbulence Research de l’université de Stanford
(Mahesh et al., 2001; Ham et al., 2003; Moin, 2004; Moin & Apte, 2006), du Georgia Institute
of Technology (Kim et al., 1999; Sankaran & Menon, 2002; Menon & N., 2006; El-Asrag & Menon,
2007), de l’Institute of Energy and Power Plant Technology à Darmstadt (Janus et al., 2007; Freitag
& Janicka, 2007), ou encore de l’Université Pennsylvania State (Lieuwen & Yang, 2005; Huang et al.,
2006; Wang et al., 2007) ont fortement contribué à développer ce type d’approches dans les laboratoires
de recherche. Les simulations les plus récentes ont montré la capacité de la SGE à résoudre l’écoulement
dans des configurations industrielles typiques de plus en plus réalistes.
En résumé, les méthodes RANS sont très largement utilisées et bien maîtrisées pour les simulations
d’écoulements dans les turbines à gaz. Leur utilisation est surtout réservée aux industriels. Cependant,
les contraintes actuelles de développement poussent les motoristes vers des configurations dites prémélangées
pauvres, qui sont sensibles aux instabilités de combustion (Lieuwen & Yang, 2005). Les
méthodes RANS ne sont pas adaptées pour étudier ce type de phénomènes. En conséquence, les méthodes
de SGE ont été de plus en plus appliquées dans les turbines à gaz. La SND, quant à elle, conserve un rôle
de développement de modèles.
Dans ce paragraphe, l’accent a été mis sur l’utilisation des méthodes numériques pour le
développement des turbines à gaz. Cela ne veut en aucun cas signifier que les expériences n’ont
pas d’utilité dans ce contexte. Outre les tests des moteurs complets, des parties tournantes sur banc, les
travaux expérimentaux sont indispensables aussi bien au développement des turbines à gaz que des outils
numériques : des travaux expérimentaux sont menés en permanence pour le compte des constructeurs
de turbines à gaz, afin d’approfondir la connaissance de phénomènes complexes tels que la combustion
diphasique, l’atomisation de spray, la combustion turbulente ou encore la dynamique de nappes liquides
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