Non-linearities in the low-frequency dynamics of transitional shock wave-boundary layer interactions

Non-linéarités dans la dynamique à basse fréquence des interactions choc-couche limite transitionnelle La nécessité de mieux comprendre l'instabilité à basse fréquence observée dans les interactions entre la couche limite et l'onde de choc (SBLI) a motivé la recherche dans ce domaine pendant plusieurs décennies. Alors que de nombreuses études ont été menées sur les interactions avec la couche limite turbulente, moins d'attention a été accordée au cas d'un choc interagissant avec une couche limite laminaire qui passe à l'état turbulent. Au cours des années 2012 et 2016, le projet européen TFAST a ouvert la voie à des recherches dans ce sens. Des études numériques et expérimentales ont été menées dans le but de comprendre l'influence mutuelle des chocs de compression et de la couche limite laminaire. Toutes ces études s'accordent pour associer l'instabilité à basse fréquence à une rétroaction provenant de la région de rattachement, bien que de nombreuses questions restent sans réponse. Le présent travail fait partie du projet européen TEAMAero, qui est une extension de son précurseur TFAST. L'objectif principal de cette thèse est de clarifier l'origine physique de l'instabilité à basse fréquence dans le contexte des SBLI transitoires. En commençant par une évaluation approfondie de la théorie de la stabilité, qui suggère que la transition dans les écoulements compressibles faiblement supersoniques résulte de la rupture des modes d'instabilité oblique de la couche limite, la question suivante a été posée. Des couplages non linéaires entre ces modes d'instabilité oblique et l'instabilité à basse fréquence apparaissent-ils, et dans quelle mesure? Pour étudier les couplages quadratiques, un diagnostic d'ordre élevé a été nécessaire. Il a été appliqué aux données recueillies à partir de simulations de grandes échelles et de simulations numériques directes. Deux géométries ont été étudiées, un choc impactant-réfléchissant et une rampe de compression. En plus d'une comparaison numérique pure, une tentative a été faite pour discerner les points communs et les différences entre les simulations actuelles et les mesures expérimentales effectuées par le groupe de recherche supersonique du laboratoire de l'IUSTI à Marseille. En outre, grâce à la collaboration avec l'Université de Southampton (SOTON), les modes d'instabilité de la couche limite ont été étudiés qualitativement et leur impact sur la dynamique lente de l'interaction a été décrit. On a montré que les modes obliques instables de la couche limite laminaire compressible se couplent de manière non linéaire avec le système de choc, ce qui pourrait être responsable du mouvement lent du choc réfléchi