L’étude des écoulements compressibles, notamment supersoniques, traversant les chambres de combustion de certains moteurs ramjet et scramjet, requiert la prise en compte de différents dispositifs complexes pour l’amélioration du processus de combustion et en particulier de leur stabilisation. La connaissance des interactions entre la turbulence, les effets de compressibilité, et les interaction fluide-solide dans ce type d’écoulement reste imparfaite. Ce travail de thèse est dédié à l’amélioration de notre compréhension de ce type d’écoulement dans un certain nombre de configurations canoniques par la biais de la simulation numérique directe. L’ensemble des simulations conduites s’appuie sur l’emploi d’un outil de simulation numérique haute fidélité : CREAMS (Compressible REActive Multi-species Solver) développé à l’Institut Pprime. Ce code de calcul met en oeuvre des schémas numériques d’ordre élevé : schéma Runge–Kutta d’ordre 3 pour l’intégration temporelle combiné à un schéma WENO d’ordre 7 et centré d’ordre 8 pour la discrétisation spatiale. Dans un premier temps, nous présentons une nouvelle méthode de frontières immergées pour le calcul d’écoulement d’un fluide visqueux compressible dans des géométries irrégulières. La méthode développée dans le cadre de cette thèse est basée sur la combinaison de l’approche appelée "Direct forcing" et celle de "Ghost-Point-Forcing". L’originalité de cette méthode réside dans sa capacité à simuler des écoulements subsoniques et supersoniques à différents nombres de Reynolds. L’examen de précision de cette méthode a permis d’établir un ordre supérieur à deux et sa robustesse est éprouvée par l’étude d’un bon nombre de cas tests. Dans un second temps, une configuration canonique idéalisée d’interaction choc-turbulence est étudiée pour mettre en lumière les mécanismes physiques fondamentaux caractéristiques du phénomène d’interaction entre une turbulence homogène isotrope et une onde de choc droite. Cette étude est complétée par une étude d’interaction choc-mélange scalaire pour étudier l’impact du choc normal sur le processus du mélange. Ce travail permet de mettre en place une base de données de résultats susceptibles d’être confrontés ultérieurement à des calculs basés sur l’emploi de modèles de turbulence. Enfin, nous nous sommes intéressés à l’effet des propriétés de transport moléculaire, en particulier celles de la viscosité volumique, sur le développement d’une couche de mélange impactée par un choc oblique. Les simulations réalisées dans cette configuration ont permis d’étudier la validité de l’hypothèse de Stokes consistant à négliger l’effet de la viscosité volumique.