La représentation numérique des écoulements gravitaires et des courants de bords horizontaux est tr'es importante pour la simulation r'ealiste des masses d'eau profondes et de la circulation thermohaline de l'océan global. Dans ce travail, nous cherchons a mieux modéliser ces deux interactions courant/topographie dans le code numérique de circulation océanique NEMO, en régime dynamique "eddy-permitting". Nous montrons, avec des configurations idéalisées et réalistes, que l'usage d'une paramétrisation de couche de fond classique (BBL : diffusion et advection des traceurs) améliore les solutions mais surestime le mélange en aval des seuils topographiques. Une réduction (systématique mais faible) des biais de la paramétrisation est obtenue par l'augmentation locale des effets agéostrophiques (friction pariétale et de fond, advection de la quantité de mouvement dans la BBL). Nos travaux suggèrent que cette paramétrisation atteint ses limites d'application dans le r'egime "eddy-permitting".

Nous nous sommes intéressés dans la présente thèse à l’étude de l’écoulement gravitaire de nappesliquides non guidées qui s’écoulent verticalement dans l’air ambiant. Après une synthèse bibliographique,nous avons réalisé une double étude, expérimentale et numérique, en considérant des liquidesde viscosités différentes (allant de 1 à 50 fois celle de l’eau) et de tension superficielle proche de cellede l’eau. Le nombre de Reynolds Rel du liquide a varié de quelques unités à quelques milliers alorsque le nombre de Weber du liquide allait approximativement de 0.1 à 10. Le dispositif expérimentalque nous avons mis en place nous a permis de créer et d’étudier les formes géométriques des nappesliquides. Nous avons employé une méthode expérimentale originale pour mesurer le champ d’épaisseurdes nappes. Nous avons mené, parallèlement aux expériences, des simulations numériques 2D et 3Dinstationnaires et diphasiques (VOF), utilisant le calcul parallèle. Nous avons trouvé que les nappesexpérimentales et numériques deviennent plus courtes (verticalement) et moins épaisses lorsque le débitdiminue. Expérimentalement, lorsque le débit du liquide devient suffisamment faible, des filamentsliquides commencent à apparaître à coté d’une nappe moins large qu’auparavant. Dans le cas desnappes d’eau, cette transition de régime d’écoulement a été précédée de l’apparition systématique detrous dans la partie inférieure des nappes. Pour les autres liquides newtoniens plus visqueux (solutionsaqueuses de glycérine), l’apparition des filaments liquides a été précédée d’une déstabilisation des bourreletsqui délimitent la partie plane des nappes. Nous avons étendu par la suite l’étude expérimentaleà celle de fluides au comportement rhéologique plus complexe en utilisant un liquide non newtonienrhéofluidifiant. Nous avons montré pour ce fluide rhéofluidifiant que le débit associé à la transition versle régime des filaments diminue en comparaison avec celui associé à un liquide newtonien de viscositésimilaire. Cela nous a conduit à suggérer que la présence des propriétés rhéofluidifiantes des nappesliquides peut représenter une solution pour les applications de "coating" pour lesquelles on cherche àproduire des nappes stables et sans percement dans des configurations d’écoulement de faibles débits. / In this thesis, unguided plane liquid sheets flowing vertically by gravity in an ambient air atmosphereare studied experimentally and numerically. First of all a litterature survey clearly identified themain issues regarding the dynamics and modelling of such flows. Subsequently, different liquids exhibitinga wide range of viscosity (1 to 50 times that of water) and a surface tension close to that of waterwere selected. The liquid flow regimes were characterized by a Reynolds number Rel ranging from afew units to a few thousand while the Weber number Wel was varied between 0.1 to 10. A dedicatedexperimental system was designed and operated to study the relevant sheet features (geometry, thickness)by means of an original optical method. In parallel, finite volume based 2D and 3D simulationsof the flows were undertaken. All rely on the volume of fluid method (VOF) combined with adaptivemeshing. The experimental and numerical sheets became shorter (vertically) and thinner as the massflow rate decreased. Experimentally, when the mass flow rate of the liquid becomes sufficiently low,liquid threads begin to appear next to a narrower sheet than before. In the case of water, this flowregime transition was preceded by the systematic appearance of holes in the lower part of the sheets.For the other more viscous Newtonian liquids (mixtures of water and glycerin), the appearance of theliquid threads was preceded by a destabilization of the rims which delimited the flat part of the sheets.The experimental study was then extended to fluids featuring more complex rheological behavior e.g.by the use of a non-Newtonian shear-thinning fluid. For such a fluid, it was shown that the criticalmass flow rate associated with the transition towards the threads regime was lower than its Newtoniancounterpart of similar viscosity. It is suggested that the presence of shear-thinning properties in liquidsheets may represent a solution for "coating" applications for which stable and non-pierced curtainsin flow configurations of low mass flow rates are targeted.

Nous proposons dans cette thèse un modèle mathématique simple adapté à la sédimentation des dépôts gravitaires en eaux profondes. L'écoulement est traité comme un objet géométrique déformable. Les principaux mécanismes physiques pris en compte par le modèle sont : 1. La turbulence ; 2. L'étalement dû aux forces de pressions ; 3. L'incorporation de fluide le long de l'interface suspension-fluide ambiant ; 4. La sédimentation de particules ; 5. L'érosion de particules. Les solutions analytiques asymptotiques du système différentiel non-linéaire montrent la consistance des solutions numériques sur les temps longs. Les tests numériques permettent de quantifier l'impact qualitatif et quantitatif des pramètres physiques du modèle, des conditions initiales et des parmètres de contrôle (pente, granulométrie). Une méthode d'inversion est mise en oeuvre pour l'identification des conditions initiales et/ou des paramètres du modèle. L'inversion partielle (détermination des conditions initiales) appliquée à des modèles réduits expérimentaux montre le bon comportement qualitatif du modèle et cela même hors du domaine de validité strict de ce dernier. L'inversion total (identification des paramètres physiques et détermination des conditions initiales) montre le bon comportement du modèle d'un point de vue quantitatif au niveau des vitesses de l'écoulement et des épaisseurs déposées. La méthode d'inversion est appliquée à l'effondrement de l'aéroport de Nice en 1979 pour tester des scénarios d'écoulement. Contrainte par les ruptures de câbles et/ou les épaisseurs déposées, elle permet, par exemple, d'estimer le volume initial ou les paramètres physiques de l'effondrement (coefficient de friction, nombre de Schmidt turbulent modifié...). Malgré quelques limitations, principalement dues aux simplifications géométriques de l'écoulement, ce modèle simple est un premier pas vers la compréhension quantitative de l'impact des paramètres externes -tel que la nature et la quantité des apports en sédiments, la géométrie du bassin- sur la dynamique des courants turbiditiques et l'organisation des séquences de dépôts résultantes. Grâce à ses faibles temps de calcul sur micro-ordinateur, il est envisageable de simuler des séries d'événements et de former ainsi des séquences de dépôt multi-événementielles. Il peut être utilisé pour reconstruire les processus de sédimentation et les dépôts résultants.