SOUFFLERIES

Vers la soufflerie numérique ?

Dans les années 1980, l’avènement d’ordinateurs avec de grosses capacités de calcul et le développement conjoint des méthodes numériques laissaient augurer la disparition à moyen terme des souffleries. L’abandon de ces laboratoires aérodynamiques au sol que sont les souffleries n’est toutefois toujours pas à l’ordre du jour. Pourtant, grâce à l’évolution de l’informatique, l’aérodynamique numérique a atteint aujourd’hui un stade suffisamment avancé pour que l’ingénieur aérodynamicien la considère, avec confiance, comme un moyen d’appréhender la réalité physique au même titre que les mesures acquises au cours d’essais en vol ou en soufflerie.

Cependant la simulation numérique repose sur la résolution des équations de Navier-Stokes (équations aux dérivées partielles) pour lesquelles il n’existe pas de solution théorique. Bien que leur écriture générale inclut l’ensemble des phénomènes, les codes de calculs industriels résolvent des équations simplifiées par des méthodes URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes), qui permettent de prendre en compte les très lentes fluctuations temporelles (basses fréquences) de l’écoulement, mais pas les fluctuations temporelles rapides (hautes fréquences), qui concernent le régime turbulent de couche limite. Ce régime, le plus souvent rencontré dans la réalité, est modélisé dans ces codes au moyen d’une équation qui n’est pas universelle mais qui dépend de l’application concernée et de l’équipe modélisatrice. Même si un consensus se dessine quant à l’utilisation de ces différents modèles en fonction des applications, cette manière d’appréhender la réalité ne satisfait pas pleinement les chercheurs, qui ont alors développé des codes de simulation DNS (Direct Navier-Stokes) prenant en compte toute la richesse de la turbulence. Ces dernières méthodes considèrent les écoulements turbulents comme instables dans le temps avec tout le spectre de fréquences. Une telle approche, scientifiquement incontestable, nécessite des ressources mémoire et des temps de calcul encore hors de portée des ordinateurs actuels pour des configurations complètes d’avions nécessitant des centaines de millions de points de calcul.

Mais il est bien certain que tous les efforts réalisés dans le domaine numérique s’inscrivent dans la perspective de renoncer un jour à la soufflerie. Les nombreux projets de constructions de souffleries dans les pays émergents montrent cependant que le recours à l’expérience dans le domaine de l’aérodynamique est toujours d’actualité.

Parallèlement à la mise au point du modèle théorique, une autre avancée, presque aussi spectaculaire a eu lieu dans le domaine expérimental avec le développement, grâce aux sources laser, d’un ensemble de moyens optiques permettant d’explorer des écoulements complexes qui échappaient jusqu’alors à toute investigation. Grâce à cette percée des moyens métrologiques, les souffleries servent de nos jours à évaluer la validité des modèles théoriques proposés au niveau de la physique fine des écoulements. D’autre part, mettant à profit la fiabilité sans cesse améliorée des moyens numériques est né le concept de « soufflerie assistée par ordinateur ». Ce procédé vise à corriger les résultats d’essais grâce aux données des calculs numériques effectués conjointement aux essais dans l’environnement même de la soufflerie. Il s’agit de prendre en compte les caractéristiques de l’essai en vue de déterminer l’effet sur les mesures des parois de l’installation, des mâts support et plus généralement de tout ce qui peut influencer l’expérience. C’est ainsi un soutien mutuel que s’apportent calculs et expériences pour encore de nombreuses années.