Dans le contexte actuel de changement climatique, anticiper la réponse des écosystèmes forestiers face à un risque de sécheresse accrue constitue un enjeu socio-économique, écologique et scientifique majeur. Les îles antillaises au-delà de leur statut de « hot spot de biodiversité », se situent dans un « hot-spot climatique », particulièrement à même d’être affecté par la réduction des précipitations. L’archipel Guadeloupéen constitue un modèle de choix dans l’étude des réponses végétales aux conditions environnementales. Il abrite l’ensemble de la diversité des écosystèmes caribéens, distribués le long d’un gradient altitudinal et de pluviométrie. Aux deux extrémités de ce gradient se situent des formations forestières expérimentant des conditions environnementales très contrastées : la forêt sèche et la forêt de nuage. Le premier objectif de cette étude était de caractériser les stratégies de croissance et la réponse physiologique à la contrainte hydrique de 8 espèces d’arbres structurants la forêt sèche et la forêt de nuage de Guadeloupe. Dans un premier temps, nous avons quantifié in situ, à différentes saisons, un large panel de traits fonctionnels intervenant à différentes échelles (cellule, feuille, individu) reflétant les principales fonctions végétatives des arbres (croissance, photosynthèse, transport hydraulique). Cette approche a permis de dresser un portrait fin du fonctionnement hydrique et carboné des espèces. L’approfondissement de la caractérisation de l’architecture hydraulique des espèces a été réalisée ex situ à travers une analyse structurelle (anatomique, morphologique) et fonctionnelle (résistance du xylème à la cavitation et des feuilles au flétrissement) afin de préciser leur potentiel de résistance à la sécheresse. Cette approche des différentes composantes du fonctionnement hydrique, rarement mise en œuvre, a permis de cerner les réponses des arbres de façon intégrée. Une importante diversité fonctionnelle a été mise en évidence au sein de chaque écosystème. Les espèces de forêt sèche, subissant une contrainte hydrique saisonnière marquée, montrent une capacité de résistance à la contrainte hydrique supérieure à celle des espèces de forêt de nuage. Cependant, la coexistence de différentes stratégies phénologiques dans cet écosystème aboutit à une importante diversité de stratégies hydriques et de croissance. En forêt de nuage, la contrainte hydrique édaphique est rare mais les espèces sont à même de subir une contrainte hydrique liée aux conditions atmosphériques. Dans cet écosystème, une diversité de comportement dépendant de la capacité des espèces à maintenir leur fonctionnement en cas de contrainte atmosphérique a aussi été mise en évidence. Nous avons identifié des corrélations intervenant entre la croissance cambiale, la résistance à la cavitation, la résistance au flétrissement foliaire et ses mécanismes d’ajustements sous-jacents ainsi que la sensibilité stomatique. Ces relations ont matérialisé un continuum cohérent et robuste de réponses fonctionnelles. La forte diversité relevée au sein des deux écosystèmes a induit une mixité de répartition des espèces le long de ce continuum. Afin de simplifier et résumer cette diversité mise en évidence nous avons cherché à former des groupes d’espèces déterminés par un jeu de traits morphologiques faciles à acquérir pour 14 espèces de forêt sèche et de forêt de nuage. / In the current context of climate change, anticipate the response of forest ecosystems facing an increased risk of drought is a socio- economic, ecological and scientific major issue. The Caribbean islands, beyond their status as «biodiversity hot spot», are in a "climate hot-spot ", particularly likely to be affected by reduced rainfall. The Guadeloupe archipelago is a model of choice in the study of plant responses to environmental conditions. It harbors all the diversity of Caribbean ecosystems, distributed along an altitudinal gradient and rainfall. At both ends of this gradient fall forest formations with contrasting environmental conditions: dry forest and montane cloud forest. The first aim of this study was to characterize growth strategies and the physiological response to water stress of 8 species of trees structuring the dry forest and cloud forest of Guadeloupe. First, we quantified in situ, in different seasons, a wide range of functional traits occurring at different scales (cell, leaf, individual) reflecting the main vegetative functions of trees (growth, photosynthesis, water transport). The deepening of the characterization of the hydraulic architecture of the species was carried out ex situ through a structural (anatomical, morphological) and functional (xylem resistance to cavitation and leaves wilt) analysis to clarify their potential resistance drought. This approach has enabled the identification of fine portrait of the water and carbon-functioning in the species. An important functional diversity has been demonstrated within each ecosystem. Dry forest species experience a marked seasonal water stress, show a higher resistance to water stress than that of cloud forest species. However, the coexistence of different phenological strategies in this ecosystem leads to a wide diversity of water and growth strategies. In cloud forest, edaphic water stress is rare but the species are likely to suffer water stress due to atmospheric conditions. In this ecosystem, a behavioral diversity dependent of the species' ability to maintain their functioning during atmospheric strain was also highlighted. We identified correlations between cambial growth, cavitation resistance, leaf wilt resistance and stomatal sensitivity. These relationships have materialized a coherent and robust continuum of functional responses. The high diversity recorded in the two ecosystems induced a mix of species distribution along this continuum.To simplify and summarize this diversity we sought to form groups of species determined by a set of morphological traits easy to acquire for 14 species of dry forest and cloud forest. This method produced groups reflecting different strategies for carbon management, influenced by the phenology of species. In contrast, groups obtained did not reflect drought response of species.Finally, because the seedling stage is a primary stage in terms of natural regeneration potential of forests, we evaluated ex situ the resistance to drought of dry forest seedlings. Like the adults, the dry forest seedlings showed a variety of strategies to cope drought.

Dans cette thèse nous avons proposé un modèle robuste permettant d’expliquer la propagation de bulles dans des systèmes composés de plusieurs cavités de taille micrométrique. Notre modèle s’applique d’abord à deux cavités placées côte à côte, où l’une d’entre elle contient une bulle vibrante provoquant le mouvement de la paroi séparant les deux cavités. Un système d’équations modélisant ce système a été établi. Nous montrons que le choix des conditions initiales contrôle le déclenchement de l’onde de cavitation. En effet, le déphasage entre la vibration de la bulle et de la membrane vibrante donne les conditions nécessaires et suffisantes pour expliquer les observations expérimentales. En s’appuyant sur les résultats théoriques, nous avons développé un modèle macroscopique numérique, très phénoménologique, permettant la propagation de bulles de cavitation et la formation de clusters de bulle. / In this thesis, a robust model is proposed towards explaining bubbles propagation within systems composed by several micrometric cavities. Our first model is based on two cavities placed side by side, one of which contains a vibrating bubble which sets into motion the wall separating the two cavities. A system of equations modeling this system is proposed. It has been proved that the choice of the initial conditions controls the cavitation wave initiation. Indeed, the phase shifts between the bubble vibration and the vibrating membrane gives the necessary and sufficient conditions to explain the experimental observations. In this framework, we have developed a phenomenological and numerical macroscopic model, allowing the propagation of cavitation bubbles and the formation of bubble clusters.

Pour satisfaire aux dernières réglementations en matière d'émissions, des progrès importants sont encore attendus des moteurs à combustion interne. De plus, améliorer l'efficacité du moteur pour réduire les émissions et la consommation de carburant est devenu plus essentiel qu'auparavant. Mais, de nombreux phénomènes complexes restent mal compris dans ce domaine, tels que le processus d'injection de carburant. Nombreux logiciels pour la dynamique des fluides numérique (CFD) prenant en compte le changement de phase (comme la cavitation) et la modélisation de l’injection ont été développés et utilisés avec succès dans le processus d’injection. Néanmoins, il existe peu de codes CFD capables de simuler avec précision des conditions d’injection transcritiques, à partir d'une condition de température de carburant sous-critique vers un mélange supercritique dans la chambre de combustion. En effet, la plupart des modèles existants peuvent simuler des écoulements à phase unique, éventuellement dans des conditions supercritiques, ou des écoulements diphasiques dans des conditions sous-critiques. Par conséquent, il manque un modèle complet capable de traiter les conditions transcritiques, y compris la transition de phase possible entre les régimes souscritiques et supercritiques, ou entre les écoulements monophasiques et diphasiques, de manière dynamique. Cette thèse a pour objectif de relever ce défi.Pour cela, des modèles d'écoulement diphasique compressible de fluide réel basés sur une approche eulérienne-eulérienne avec prise en compte de l'équilibre de phase ont été développés et discutés dans le présent travail. Plus précisément, un modèle à 6-équation entièrement compressibles incluant les équations de bilan des phases liquide et gazeuse résolues séparément ; et un modèle à 4-équation qui résout les équations des bilans liquide et gazeux en équilibre mécanique et thermique sont proposés dans ce manuscrit. L’équation d’état Peng-Robinson EoS est sélectionné pour fermer les deux systèmes et pour faire face aux éventuels changements de phase et à la transition ou à la séparation des phases. En particulier, un solveur d'équilibre de phase a été développé et validé. Ensuite, une série de tests académiques 1D portant sur les phénomènes d'évaporation et de condensation effectués dans des conditions sous-critiques et supercritiques a été simulée et comparée aux données de la littérature et aux résultats académiques disponibles. Ensuite, les modèles d'écoulement en deux phases entièrement compressibles (systèmes à 6-équation et à 4- équation) ont été utilisés pour simuler les phénomènes de cavitation dans une buse 3D de taille réelle afin d'étudier l'effet de l’azote dissous sur la création et le développement de la cavitation. Le bon accord avec les données expérimentales prouve que le solveur proposé est capable de gérer le comportement complexe du changement de phase dans des conditions sous-critiques. Enfin, la capacité du solveur à traiter l’injection transcritique à des pressions et températures élevées a été validée par la modélisation réussie de l’injecteur Spray A du réseau de combustion moteur (ECN). / To satisfy latest stringent emission regulations, important progress is still be expected from internal combustion engines. In addition, improving engine efficiency to reduce the emission and fuel consumption has become more essential than before. But many complex phenomena remain poorly understood in this field, such as the fuel injection process. Numerous software programs for computational fluid dynamics (CFD) considering phase change (such as cavitation) and injection modelling, have been developed and used successfully in the injection process. Nevertheless, there are few CFD codes able to simulate correctly transcritical conditions starting from a subcritical fuel temperature condition towards a supercritical mixture in the combustion chamber. Indeed, most of the existing models can simulate either single-phase flows possibly in supercritical condition or two-phase flows in subcritical condition; lacking therefore, a comprehensive model which can deal with transcritical condition including possible phase transition from subcritical to supercritical regimes, or from single-phase to two-phase flows, dynamically. This thesis aims at dealing with this challenge. For that, real fluid compressible two-phase flow models based on Eulerian-Eulerian approach with the consideration of phase equilibrium have been developed and discussed in the present work. More precisely, a fully compressible 6-equation model including liquid and gas phases balance equations solved separately; and a 4-equation model which solves the liquid and gas balance equations in mechanical and thermal equilibrium, are proposed in this manuscript. The Peng-Robinson equation of state (EoS) is selected to close both systems and to deal with the eventual phase change or phase transition. Particularly, a phase equilibrium solver has been developed and validated. Then, a series of 1D academic tests involving the evaporation and condensation phenomena performed under subcritical and supercritical conditions have been simulated and compared with available literature data and analytical results. Then the fully compressible two-phase flow models (6-Equation and 4-Equation systems) have been employed to simulate the cavitation phenomena in a real size 3D nozzle to investigate the effect of dissolved N2 on the inception and developing of cavitation. The good agreement with experimental data proves the solver can handle the complex phase change behavior in subcritical condition. Finally, the capability of the solver in dealing with the transcritical injection at high pressure and temperature conditions has been further validated through the successful modelling of the engine combustion network (ECN) Spray A injector.

Cavitation is a phenomenon that occurs in liquids when the pressure drops below the vapor pressure of the liquid. Previous research has verified that cavitation bubble collapse is a dynamic and destructive process. An understanding of the behavior of cavitation is necessary to implement this destructive mechanism from an axisymmetric jet for underwater material removal. This work investigates the influence of jet pressure and nozzle diameter on the behavior of a cloud of cavitation bubbles generated by a submerged high-pressure water jet. First, this investigation is put into context with a condensed historical background of cavitation research. Second, a description of the cavitation-generating apparatus is given. Next, the experimental methods used to explore the behavior of the cavitation clouds are explained. Finally, the results of the investigation, including propagation distance, cloud width and area, pulsation frequency, and cloud front velocity are presented. Among the results is a discussion of the significant experimental factors affecting the behavior of the cavitation clouds. It is shown that the Reynolds number, specifically the diameter of the nozzle, has a significant effect on the measurements. In some cases the jet pressure, and subsequent jet velocity, had a less significant effect than was expected. Overall, this research describes the cavitation cloud formed when a submerged high-speed water jet discharges.

<p>The objectives of this thesis are to characterise the performance of variably angled V-shaped opening ball valves in terms of pressure drop and cavitation. Both numerical and experimental techniques are utilised here to study the effects of apex angle of the V-opening on pressure drop and cavitation characteristics. Three different ball sizes are used to investigate scalability of the V-ball valves in terms of cavitation inception and pressure coefficient. The results of the pressure drop experiments show that as the size of the ball and the apex angle of the valve increases, the pressure coefficient tends towards a constant value. This means that larger V-opening ball valves can be scaled using pressure coefficient within 15%.</p> <p>It has been well established that cavitation causes high frequency noise. Therefore dynamic pressure transducers were used to detect acoustic cavitation noise by considering the high energy content in the 2 kHz to 45 kHz frequency band. To measure the energy levels, spectral analysis was performed and the power spectrum density was acquired using fast Fourier transform algorithm and the area under the curve was integrated in three different frequency intervals of 2 to 5 kHz, 5 to 10 kHz and 10 to 45 kHz to capture the frequency band at which cavitation onset occurs. This energy was compared to the reference energy levels in the same frequency intervals when no valve was installed. Two criteria were chosen to represent a cavitating flow, the first criteria was the start of a steep exponential increase in the energy from the reference energy in at least one of the frequency ranges defined and the second criteria is an increase in the coherence function in any of the three frequency ranges. This procedure was performed for all valves tested at 10% opening increments starting at fully open position and the inception cavitation number was recorded to define the onset of cavitation. It was observed that as the apex angle decreases, cavitation number also decreases where the size of the valve did not affect cavitation number. The conclusion was that as the opening decreases, cavitation inception occurs at higher pressure drops. However some deviations from this general trend were observed. These deviations are perhaps due to the turbulent structures such as flow separation and vortices, suggested by the pressure fluctuations in the static pressure.</p> <p>Finally numerical modelling of 1 inch 60V valves were performed using ANSYS Fluent computational fluid dynamics (CFD) software for three openings using two different turbulence models, standard k-ε and SST k-ω. The results were contrasted against the experimental data to evaluate which model performs the best for this application. From the results obtained, standard k-ε predicts the pressure drop within 15% of the experimental data. Also flow separation is a major cause of high local pressure drops and therefore cavitation and SST k-ω predicts cavitation better than standard k-ε. This is due to better performance of SST k-ω at predicting turbulence characteristics of flow separation region.</p> / Master of Applied Science (MASc)

Cette thèse visait à caractériser l’architecture hydraulique du xylème chez les hybrides de peuplier Populusdeltoides × P. nigra et à juger de ses relations avec le fonctionnement hydrique et carboné de l’arbre en conditions d’irrigation contrastées. A cette fin, huit génotypes se distinguant par leur discrimination isotopique vis-à-vis du carbone 13 ont été cultivés en pépinière. Nos travaux ont permis de mettre en évidence d’importantes variations entre génotypes pour les caractéristiques anatomiques du xylème, l’efficience hydraulique de la tige et de la plante entière ainsi que la résistance à la cavitation. Nos travaux démontrent également que l’anatomie et la résistance à la cavitation du xylème s’ajustent aux conditions hydriques du milieu de façon génotype-dépendante. En condition hydrique non limitante, nous avons mis en évidence un compromis entre l’efficience hydraulique et la résistance à la cavitation ou le potentiel de croissance. Ces deux compromis expliquent la relation positive observée entre la résistance à la cavitationet le potentiel de croissance. En condition hydrique limitante, cette relation n’était toutefois plus observable. Aucune relation n’a pu être identifiée entre les propriétés hydrauliques et l’efficience d’utilisation de l’eau. Ces travaux suggèrent que certaines relations couramment observées à l’échelle inter-spécifique ne sont pas nécessairement applicables à des échelles d’étude plus réduites. Ce travail ouvre des perspectives sur le plan fondamental pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la plasticité structurale observée et sur le plan appliqué, pour la création variétale. / This work aimed at characterizing xylem hydraulic architecture and at describing its relationships with whole plant water and carbon relations among Populus deltoides × P. nigra hybrids under contrasting water regimes. Eight genotypes differing in carbon isotope discrimination were grown in the field in a common garden test. Significant variations were observed between genotypes for all xylem anatomical characteristics, stem or whole-plant hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation. Drought-induced acclimation was observed for xylem structural features and xylem resistance to cavitation, but in a genotype-dependant manner. Under optimal irrigation, a trade-off was observed between hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation or growth performance. These two trade-offs translated into an uncommon positive relationship between xylem resistance to cavitation and growth performance. Under water deficit,this relationship broke down. No relationship could be detected between xylem hydraulics and water-use efficiency estimates. Our results suggest in part that several common relationships that are observed at the between-species level may not necessarily hold true at narrower scales. Further, this work opens up prospects both for identifying the molecular basis of xylem structural acclimation and for breeding strategies.

Les aires de répartition des arbres pourraient être grandement affectées par le changement climatique. Les résultats d’analyses paléogéographiques ont montré que ces dernières se sont déjà déplacées avec les variations passées du climat. Ces études ont permis de déterminer la direction et la vitesse de migration des espèces, données utilisées actuellement pour générer des prédictions sur l’évolution de l’aire de répartition des espèces forestières en réponse au réchauffement du climat. Cependant, le contexte écologique dans lequel les arbres font face à ces changements est très différent par rapport aux changements climatiques passés : l'augmentation actuelle des températures est plus rapide, les surfaces susceptibles d’être colonisées sont occupées par des écosystèmes très différents et variés (forêts, surfaces agricoles, zones urbaines). Par conséquent, les arbres pourront-ils faire face à la rapidité des changements globaux actuels ? Auront-ils la capacité de migrer pour trouver des conditions plus favorables ou pourront-ils s’adapter et survivre à de nouvelles conditions environnementales ? Dans un premier temps, l’analyse de données historiques (plans d’aménagements de l’Office Nationale des Forêts et Inventaires Forestiers Espagnols) a permis de mettre en évidence des évènements de colonisation et d’extirpation et de quantifier la vitesse de migration de populations situées au cœur ou aux marges de leur aire de répartition. Une colonisation massive de Quercus ilex dans les dunes boisées atlantiques (limite Nord d’aire de répartition) a été mise en évidence au cours des 130 dernières années, confirmant les tendances prédites par les modèles. Cependant, les vitesses de colonisation de cette espèce restent bien inférieures aux déplacements de son bioclimat estimés à partir de modèles de niche. Les espèces localisées en limite Sud d’aire de répartition présentent des remontées altitudinales plus importantes que pour celles situées au cœur de leur aire. En conclusion, nos résultats montrent que les changements globaux ont déjà impactés la répartition des arbres malgré l’existence d’un décalage temporel entre les réponses migratoires des espèces forestières et le déplacement de leur bioclimat. Le stress hydrique est le facteur prépondérant pouvant expliquer le dépérissement des arbres dans un milieu dont la disponibilité en eau est limitée, notamment en marge chaude d’aire de répartition. Nous avons, par conséquent, étudié la résistance à la sécheresse et ses mécanismes chez les plusieurs espèces d’Angiospermes. Nos résultats montrent qu’un seuil de 90% d’embolie mène à des dommages physiologiques irréversibles de la plante et à la mort par déshydratation. Ce seuil est considérablement plus élevé que celui précédemment observé chez les conifères. L’étude du fonctionnement hydraulique d’espèces de chênes co-occurrentes nous a permis de montrer que la survie de Q. robur pourrait être menacée dans les forêts atlantiques dans un contexte de sécheresses de plus en plus intenses car il y subit des taux d’embolie native élevés. Au contraire, Q. ilex présente des taux d’embolie négligeables sur ce même site d’étude.Les vitesses réelles de migrations constituent des données empiriques essentielles qui nous renseignent sur les capacités migratoires effectives des arbres. Elles pourront être intégrées dans les modèles de répartition, tout comme les seuils d’embolie induisant la mort des arbres. / Tree distribution could be highly affected by climate change. Results of paleogeographic studies showed that tree distribution ranges have already shifted with past climate changes. These data are currently used to model the evolution of species distribution in response to global warming. However, the ecological context in which species have to cope with climate change is very different than the past one: the current increase of temperature occurs faster than the past global warming, the areas being likely colonized are covered by various ecosystems (forests, agricultural surfaces, urban areas). So will tree species be able to cope with the current global change? Will they be able to migrate to find more favourable conditions or to survive to drier environmental conditions? Firstly, the analysis of historical data (French National Forest Office and Spanish National Forest Inventories) allowed determining colonization and extirpation events, and quantifying migration rates of tree species populations situated at the edges or the core of their distribution range. We evidenced that Q. ilex has substantially colonized new areas at its northern margin during the last 130 years, confirming the model trends. However, the colonization rates of Q. ilex are much lower than the shift of its bioclimate predicted by bioclimatic models. Species located at their rear edge showed higher upward shifts than other species located at the core of their range. To conclude, our results showed that global change have already impacted tree distribution although a time-lag between forest species migration responses and their bioclimate shift. Water stress is the main factor explaining tree dieback when water is limited and so particularly at the warm limit of tree species distribution range. Therefore, we studied drought resistance and its mechanisms in angiosperm tree species. Our results showed that embolism threshold of 90% leads to irreversible damages and tree death by dehydration. This threshold is considerably higher than the observed in Conifers. The study of hydraulic functioning of co-occurring oaks showed that the survival of Q. robur could be threatened in the context of increasing drought in the Atlantic forests because of its functioning at high levels of embolism. On the contrary, Q. ilex presented negligible levels of embolism in the same study area. The migration rates form primordial empirical data that give us information about tree effective migration abilities. They could be integrated within vegetation distribution models as well as embolism thresholds leading to tree mortality.

Cette thèse contribue à la vérification et à la validation du modèle bifluide de Baer-Nunziato, pour modéliser les phénomènes de transitoires hydrauliques dans les réseaux de tuyauteries industrielles. Il s’agit d’abord de modéliser les écoulements de transitoires hydrauliques avec le modèle bifluide en représentation eulérienne, puis d’étendre ce modèle en formalisme ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) pour prendre en compte l’interaction fluide-structure (IFS). Pour modéliser les écoulements, des lois de fermetures du modèle bifluide concernant les termes interfaciaux, les termes sources et les lois thermodynamiques (EOS) ont d’abord été étudiées. Ensuite, le système complet a été simulé avec une méthode à pas fractionnaires qui admet deux étapes, l’une pour la résolution de la partie convective, l’autre pour les termes sources. L’ensemble de schémas a été vérifié et étendu aux EOS ‘Stiffened Gas généralisées’ afin de représenter le changement de phase eau-vapeur. Après avoir retrouvé certains phénomènes typiques associés aux transitoires hydrauliques, le modèle bifluide a été validé avec l’expérience de Simpson, l’expérience Canon, et comparé avec deux modèles homogènes sur ces deux expériences. Enfin, une version ALE du modèle bifluide a été mise en œuvre et vérifiée sur un cas de propagation d’ondes de pression dans une conduite flexible. La variation de la célérité des ondes dans le fluide liée au couplage fluide/structure a été bien retrouvée. La validation a été effectuée sur un cas expérimental d'explosion dans une tuyauterie en eau. Les simulations sont en bon accord avec les données expérimentales. / This thesis contributes to the verification and the validation of the Baer-Nunziato (BN) model, to modelize water hammer phenomena in industrial piping systems. It consists of two parts, the first is to modelize water hammer flows with the BN model in Eulerian representation and the second is to extend this model to the ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) formalism so as to take into account fluid-structure interaction (FSI). To modelize water hammer flows, closure laws of the BN model concerning the interfacial/source terms and the equations of state (EOS) were first studied. Then the whole system was simulated with a fractional step method including two steps, one for the resolution of the convective part, the other for the source terms. All schemes have been extended to ‘generalized Stiffened Gas’ EOS in order to represent phase-change. After regaining some typical phenomena associated with water hammer flows, the BN model was validated with the Simpson experiment, a classical water hammer test case, and the Canon experience, a rapid decompression of fluid in a high pressure duct. Moreover, the model was compared with two homogeneous models on both experiments. Finally, an ALE version of the BN model was implemented, and verified on a case of wave propagation in a ‘single’ phase flow and a two-phase flow in a flexible pipe. The variation of wave propagation speed due to the coupling between the fluid and the structure has been well retrieved. The validation was performed on an experiment which examines the response of a pipe filled with water, subjected to a violent pressure peak (140 bar). The simulations are in good agreement with the experimental data.

Les ultrasons (US) thérapeutiques sont devenus un sujet d'intérêt croissant en ophtalmologie. Les ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) pour le traitement du glaucome et pour la délivrance de médicaments dans l'oeil sont les deux principaux domaines de recherche dans ce domaine. Cette thèse traite des deux sujets en deux parties distinctes : l'administration de médicaments ou drug delivery par d'ultrasons (USDD) à travers la sclère et la caractérisation par rayonnement infrarouge (IR) d'un dispositif HIFU ophtalmique pour le traitement du glaucome. Bien que plus perméable que la cornée, l'administration de médicaments efficace à travers la sclère reste un réel challenge. Dans ce travail, nous avons évalué l'effet d'une propagation d'us en mode pulsé sur l'administration de médicaments à travers la sclère. Parmi les mécanismes sous-jacents, la cavitation semble être un contributeur à une USDD renforcée. L'activité maximale de cavitation sous-jacente à une émission d'ultrasons en mode pulsé peut donc être une méthodologie viable pour l'amélioration de l'administration de médicaments à travers l'oeil. Dans la deuxième partie de la thèse, une nouvelle méthode de caractérisation ultrasonore de terrain a été développée pour un dispositif HIFU multi-éléments. Ce dispositif médical développé par Eyetechcare est destiné au traitement du glaucome réfractaire (Rillieux -la-pape, France). Une alternative basée sur la thermographie par infra-rouge a été développée pour une évaluation rapide et qualitative de la distribution d'intensité émise spécifiquement par ce dispositif à haute fréquence (19-21 mhz) constitué de multiéléments à focalisation en ligne. Cette méthodologie permettra de caractériser les sondes de thérapie à l'échelle industrielle / Therapeutic ultrasound has become a topic of growing interest in ophthalmology. High intensity focused ultrasound (HIFU) for the treatment of glaucoma and ultrasound (US) drug delivery are the two main areas of research in this field. This work addresses these domains in two separate parts: transscleral ultrasound drug delivery (USDD), and infrared (IR) field characterization of an ophthalmic HIFU device for glaucoma treatment. The sclera is a promising pathway for ocular drug delivery, since transscleral administration can address both the anterior and posterior segments of the eye. Due to the low permeability however, efficient drug delivery is challenging. In this study, HIFU was investigated as a potential modality for an enhanced transscleral drug delivery (in vitro). Among US effects, cavitation was shown to be the major contributor to an enhanced USDD. A pulsed US protocol designed to maximum cavitation activity may therefore be a viable method for enhancing ocular drug delivery. In the second part, a new method of ultrasonic field characterization was developed for a multi-element HIFU device. This system is designed and produced for glaucoma treatment by Eyetechcare Company (Rillieux-la-Pape, France). The traditional hydrophone method for field characterization was prohibitively slow on an industrial scale. An alternative modality for rapid qualitative assessment of the intensity distribution based on infra-red (IR) thermography was developed specific to this high frequency (19-21 MHz) device with line-focus US radiators. The second part of the study was aimed to expand the application of a R&D technique for ultrasonic field characterization to an industrial scale

Le 3D-SiP, 3D-System in package, est une branche de la microélectronique visant à intégrer de manière hétérogène divers composants pour obtenir des microsystèmes compacts, pensants et communiquants. Cette thèse a pour objet l'étude de deux procédés laser pour fabriquer des microsystèmes 3D-SiP sur support flexibles. On étudie dans un premier temps l'ablation laser de polymère pour réaliser des cavités dans lesquelles des composants microélectroniques peuvent être placés. On utilise du poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) dopé et greffé avec du pyrène, chromophore absorbant dans l'UV et on montre que, bien que le greffage du chromophore sur les chaînes du polymère améliore l'homogénéité, la qualité de l'ablation est suffisante lorsque le pyrène est simplement dispersé. On modifie également le PMMA avec du N3 pour le rendre réticulable et on constate l'apparition de structures surfaciques périodiques après ablation, dont on explique les mécanismes de formations probables. Dans un second temps, on étudie le dépôt de lignes conductrices par LIFT, Laser-Induced Forward Transfer, technique permettant de transférer par laser un matériau préalablement déposé sur un substrat donneur transparent. On utilise une encre contant des nanoparticules d'argent fusionnant après recuit pour imprimer goutte après goutte des lignes conductrices. On étudie l'éjection et le dépôt d'encre à grande vitesse (0,5 MHz) et on obtient pour la première fois des images d'éjections de plusieurs jets d'encre successifs. On démontre la possibilité d'imprimer des lignes conductrices à la vitesse de 4,3 m/s et on discute les critères clefs pour le contrôle de ce procédé. / 3D-System in package (3D-SiP) is a branch of microelectronics that aims at integrating several heterogeneous components into the same package, thus forming a compact device able to communicate and process data. The goal of this thesis is to study two laser processes to build 3D-SiP microsystems on flexible substrates. In a first part, we study the laser ablation of cavities in polymer in which microchips can be inserted. We use poly(methyl methacrylate) (PMMA) doped and grafted with pyrene, a chromophore which absorbs in the UV range. We show that grafting the pyrene on the polymer side-chains increases the homogeneity but that the quality of ablation is sufficient when the pyrene is simply dispersed in the matrix. We also modify the PMMA with N3 to make it cross-linkable and we observe the formation of laser-induced periodic surface structures upon laser irradiation. We discuss the mechanism most likely to explain their formation. On a second part, we use the LIFT (laser-induced forward transfer) technique, which uses a laser pulse to print a material deposited on a transparent donnor substrate. Using a silver nanoparticles ink, we deposit droplets that coalesce and form lines. We study the ejection and printing at high speed (0,5 MHz) and we visualize for the first time the ejection of several succesive jets. We show that it is possible to print electrical connections at 4.3 m/s and we discuss the criteria to control the process.