Simulation aux grandes échelles d'explosions en domaine semi-confiné

Dans le contexte actuel de croissance continue de la demande mondiale en combustible fossile, la securite de la production, du transport, ainsi que du stockage de l'energie est un defi majeur de ce debut de XXIeme siecle. Les produits manipules etant extremement volatils et inflammables, les eventuelles fuites qui peuvent survenir malgre les lourdes mesures de securite mises en place, peuvent engendrer des explosions desastreuses. Il existe donc un fort besoin d'etre capable de predire ces explosions afin de limiter les degâts potentiels et d'assurer la securite des personnes et des biens. Dans cette optique, l'augmentation reguliere des puissances de calcul permet a la CFD (Computational Fluid Dynamics) de se presenter comme une alternative interessante aux experiences qui peuvent s'averer couteuses et dangereuses. Les explosions sont des phenomenes multi-physiques qui sont principalement diriges par la turbulence et la combustion et qui prennent place sur une tres large gamme d'echelles necessitant ainsi d'etre modelisees. Aujourd'hui, des codes bases sur une approche URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes) sont generalement utilises afin de simuler des explosions de gaz dans des configurations a echelle industrielle. Cependant, l'emergence de la LES (Large Eddy Simulation), qui a deja montre son potentiel a donner des predictions plus fiables que le URANS sur des configurations instationnaires complexes, ouvre de nouvelles perspectives pour le domaine de la securite explosion. Le but principal de cette these est d'evaluer l'apport des methodes LES et de developper une methodologie pour la prediction des phenomenes reactifs turbulents transitoires que sont les explosions. Tout au long de cette etude, un interet particulier a ete porte a l'approfondissement de la comprehension des phenomenes d'explosion ainsi qu'a la mise en valeur des points cruciaux de modelisation qui permettent une reproduction correcte des phenomenes consideres. Notre approche peut alors se resumer en deux temps : - Dans un premier temps nous nous sommes concentres sur l'etude LES des deflagrations dans une chambre de combustion de petite echelle : la configuration experimentale de l'Universite de Sydney. La LES associee a un modele de flamme epaissie a ainsi ete appliquee a cette configuration a l'aide du code AVBP (developpe par le CERFACS et l'IFP-EN) et a permis de mettre en place une methodologie de calcul. Une etude de Quantification d'Incertitude (UQ) a ensuite ete realisee sur ces simulations afin d'evaluer la fiabilite de ces resultats, ce qui est primordial dans ce contexte d'etude de securite. - Dans un second temps, le but a ete d'extrapoler les resultats obtenus sur la configuration de petite echelle a des configurations de plus grande echelle, plus representatives des configurations industrielles reelles de plateformes petrolieres ou de depots de carburants qui constituent l'objectif final vise. Une campagne experimentale a ainsi ete lancee afin de construire des repliques de la configuration de Sydney a des echelles plus importantes et de les etudier numeriquement grâce a la methodologie LES mise en place sur la configuration de petite echelle. Afin de replacer notre etude dans le contexte actuel et de le relier a l'etat-de-l'art en matiere d'etude de risque d'explosions, d'autres calculs de ces configurations d'explosion ont ete realises en parallele de l'etude LES, premierement avec un code phenomenologique developpe dans le cadre de cette these, ainsi qu'avec le code URANS FLACS. Ceci a permis de mettre en evidence leurs limitations ainsi que l'apport de la LES pour ce type d'etude.