Guilhem CHANTEPERDRIX Modélisation et simulation numérique d

Année : 2004
THÈSE
présentée en vue de
l’obtention du titre de
DOCTEUR
de
L’ÉCOLE NATIONALE SUPÉRIEURE
DE L’AÉRONAUTIQUE ET DE L’ESPACE
Spécialité : ÉNERGÉTIQUE ET DYNAMIQUE DES FLUIDES
Par
Guilhem CHANTEPERDRIX
Modélisation et simulation numérique
d’écoulements diphasiques à interface libre.
Application à l’étude des mouvements de liquides
dans les réservoirs de véhicules spatiaux.
Soutenue le 22 mars 2004 devant la Commission d’Examen :
M J.-P. Caltagirone rapporteur
M R. Saurel rapporteur
M D. Jamet examinateur
M P. Kuentzmann invité
M J. Magnaudet examinateur
M B. Vieille invité
M J.-P. Vila co-directeur de thèse
M P. Villedieu co-directeur de thèse

Centre National d’Études Spatiales
et
Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales
Département Traitement de l’Information et Modélisation
Unité de Recherche Modélisation Mathématique et Simulation Numérique
THÈSE
présentée en vue de
l’obtention du titre de
DOCTEUR
de
L’ÉCOLE NATIONALE SUPÉRIEURE
DE L’AÉRONAUTIQUE ET DE L’ESPACE
Spécialité : ÉNERGÉTIQUE ET DYNAMIQUE DES FLUIDES
par
Guilhem CHANTEPERDRIX
Modélisation et simulation numérique
d’écoulements diphasiques à interface libre.
Application à l’étude des mouvements de liquides
dans les réservoirs de véhicules spatiaux.
Soutenue le 22 mars 2004 devant la Commission d’Examen :
M J.-P. Caltagirone Professeur à l’Université de Bordeaux I rapporteur
M R. Saurel Professeur à l’IUSTI - Marseille rapporteur
M D. Jamet Ingénieur de Recherche CEA - Grenoble examinateur
M P. Kuentzmann Directeur Scientifique ONERA - Châtillon invité
M J. Magnaudet Directeur de Recherche CNRS, IMFT - Toulouse examinateur
M B. Vieille Ingénieur CNES, DLA - Évry parrain CNES, invité
M J.-P. Vila Professeur à l’INSA - Toulouse co-directeur de thèse
M P. Villedieu Maître de Recherche ONERA - Toulouse co-directeur de thèse

Remerciements
La prévision est difficile
surtout lorsqu’elle concerne l’avenir.
Pierre Dac
La réussite de ma thèse a essentiellement dépendu de son encadrement, au sens large. Si Philippe
Villedieu a grandement contribué à cette réussite par sa disponibilité quotidienne et sa patience
non moins journalière, la confiance dont il a fait preuve envers mon travail a constitué pour moi
une source indispensable de motivation. Sa bienveillance dans la relecture de ce mémoire a été
remarquable, je me demande encore comment il ne s’est pas arraché plus de cheveux... Jean-Paul
Vila a su patiemment écouter mes questions. Ses réponses ont toujours éclairé d’un jour nouveau
mon travail, renouvelant sans cesse mon intérêt pour le sujet et ses applications. La liberté de parole
qu’il m’a accordé au sein du programme COMPERE ont été une source indéniable de motivation.
Merci donc à mon équipe de directeurs de thèse pour la qualité et la complémentarité de leur
encadrement.
Je remercie Joël Pauchet, mon premier parrain CNES, d’avoir initié un sujet de thèse si passion-
nant. Son successeur Bruno Vieille, par sa confiance et sa sympathie, a contribué à ce que mes
travaux trouvent un lieu d’expression bien au delà du programme COMPERE. Je ne l’en remercie-
rai jamais assez et lui suis reconnaissant d’avoir accepté d’assister à mon jury de soutenance de
thèse.
Jean-Paul Caltagirone et Richard Saurel ont accepté d’être rapporteurs de ce mémoire. Tous mes
remerciements pour le temps qu’ils ont bien voulu consacré à la lecture bienveillante de ce docu-
ment. Merci à Didier Jamet, avec qui j’ai eu l’occasion et la chance de collaborer, et à Jacques
Magnaudet qui m’ont tous deux fait la joie et l’honneur de participer à mon jury de thèse. Toute
ma reconnaissance va à Paul Kuentzmann, tant pour sa présence lors de ma soutenance de thèse
que pour nos discussions lors de nos rencontres dans le cadre du programme COMPERE.
Je me suis toujours considéré privilégié d’effectuer ma thèse dans l’unité M2SN de l’ONERA
Toulouse. Daniel Kalfon, qui dirige cette équipe, a toujours veillé au bon déroulement de mon
travail en me faisant profiter de tous les moyens matériels nécessaires. La qualité des conseils que
peuvent donner tous les membres de cette véritable équipe est indiscutable et n’a d’égal que la
diversité si appréciable de leur culture. Que Pierre-Alain Mazet, François Rogier et Dominique
Volpert trouvent ici les marques de ma profonde reconnaissance. Quant à Patricia Harran-Klotz,
sans qui rien de tout cela ne serait arrivé et qui m’a fait l’amitié d’accepter, de supporter devrais-je
dire, ma présence dans son bureau, il me serait difficile d’exprimer ici tout ce que ma thèse lui doit.
Patricia, ces années passées à ton contact sont plus qu’un excellent souvenir!
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4REMERCIEMENTS
Au cours de ces années à l’ONERA, j’ai pu rencontrer beaucoup d’autres personnes. Ma sympathie
va à Jean-Luc Estivalezes avec qui j’ai beaucoup échangé, tant sur les méthodes numériques pour
les écoulements diphasiques que sur les "bonnes adresses" toulousaines. Toute ma sympathie va
également aux thésards, stagiaires et post-doctorants que j’ai eu l’occasion de cotoyer à l’ONERA :
Lionel, Stéphane, Jean-Marie, Jouke, Philippe, Samuel, Yoann, Guillaume, Frédéric, Géraldine,
ainsi qu’à mes camarades de l’IMFT : Axel, "Maurice" et Pascal. Mes excuses à ceux que j’ai
oubliés...
Que tout mon entourage, famille et amis, trouve ici les marques de ma reconnaissance pour leur
soutien et leurs encouragements. Mes remerciements vont en particulier à Avit, Laurent et Lilian
dont les 200 mails quotidiens, ne contenant parfois que 2 ou 3 mots (ces chiffres sont donnés en
unité de Marseille), ont largement contribué à ce que mon moral ne faiblisse pas trop. Carine a eu
la lourde charge de me supporter, dans tous les sens du terme, pendant ces trois années et quelques
moi. Elle s’est acquittée de cette tache ingrate avec une abnégation exemplaire et la rédaction de
ce mémoire ainsi que l’aboutissement de ma thèse lui doivent énormément.