Les instabilités hydrodynamiques en cavité chauffée latéralement jouent un rôle important dans certains processus de fabrication de matériaux tels que le procédé de Bridgman horizontal. En effet, le fluide (métal liquide qui va se solidifier) est le siège d’une circulation thermoconvective due à l’existence d’un gradient de température horizontal qui est susceptible de devenir instationnaire via des instabilités oscillatoires. La connaissance et la maîtrise de ces instabilités sont donc primordiales afin de pouvoir améliorer la qualité des cristaux obtenus par cette technique. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés en premier aux instabilités affectant la circulation convective dans une cavité tridimensionnelle de dimensions 4×2×1. (longueur × largeur × hauteur). Grâce aux techniques numériques de continuation, nous avons pu obtenir les solutions stationnaires et oscillatoires, ainsi que leur stabilité, jusqu’à l’apparition de la quasi-périodicité en fonction du nombre de Grashof Gr et pour un nombre de Prandtl allant de 0 à 0,025. Ensuite, pour un éventuel contrôle des instabilités, nous nous sommes intéressés aux effets induits par la rotation de la cavité. Nous avons tout d’abord considéré un modèle monodimensionnel que nous avons développé durant cette thèse. Ce modèle analytique, bien que simplifié, est en très bon accord avec les observations en dynamique des écoulements atmosphériques (déviation des masses fluides vers la droite de la composante de vitesse dominante et vents thermiques). La stabilité linéaire de cet écoulement est ensuite effectuée en fonction du taux de rotation donné par le nombre de Taylor et du nombre de Grashof pour un nombre de Prandtl allant de 0 à 10. Nous avons pu montrer à travers ce modèle que la rotation possède un caractère stabilisant vis-à-vis de ce type d’écoulement. Enfin, nous nous sommes focalisés sur les effets de la rotation sur l’écoulement pleinement tridimensionnel dans la cavité de dimensions 4×2×1. Nous avons mis en évidence deux régimes d’écoulements : un régime dominé par la convection, où la circulation du fluide est déviée par la rotation dans la diagonale de la cavité, et un deuxième régime dominé par la rotation où la circulation du fluide est concentrée dans les couches limites dites d’Ekman et de Stewartson. Un très bon accord est observé entre le modèle analytique simplifié et la simulation numérique tridimensionnelle. / Hydrodynamic instabilities in laterally heated cavities play an important role in some material processing techniques such as the horizontal Bridgman process. Indeed, the fluid (liquid metal to be solidified) is the seat of a thermoconvective circulation due to the existence of a horizontal temperature gradient which is likely to become unsteady via oscillatory instabilities. The knowledge and the control of these instabilities are thus essential in order to be able to improve the quality of the crystals obtained by this technique. In this thesis, we are first interested in the instabilities of the convective circulation in a three-dimensional cavity of dimensions 4×2×1 (length × width × height). Thanks to the numerical continuation techniques, we were able to obtain the stationary and oscillatory solutions, as well as their stability, until the appearance of the quasi-periodicity according to the Grashof number Gr and for a Prandtl number Pr ranging from 0 to 0.025.Then, the effects induced by a rotation of the cavity around the vertical axis parallel to gravity (for a possible control of the instabilities) are studied and a one-dimensional model developed during this thesis was first considered. This analytical model, although simplified, is in very good agreement with the observations of the atmospheric flows (deviation of the fluid masses towards the right of the component of the dominant velocity and thermal winds). The linear stability of this flow as well as an energy analysis at the thresholds are then performed as a function of the rotation rate given by the Taylor number Ta and the Grashof number Gr for a Prandtl number Pr ranging from 0 to 10. Through this model, we have been able to show that the rotation has a stabilizing effect on this type of flow.We finally focused on the effects of this type of rotation on the steady fully threedimensional flow observed in the cavity 4×2×1 at low Grashof numbers.We have highlighted two flow regimes: a regime dominated by convection where the fluid circulation, deviated by the rotation, occurs in the diagonal of the cavity, and a second regime dominated by rotation where the fluid circulation is concentrated in the so-called Ekman and Stewartson boundary layers. A very good agreement is observed between the simplified analytical model and the three-dimensional numerical simulation.

Cette thèse porte sur un problème couplé des lanceurs, à savoir une manœuvre de l'attitude couplée avec la trajectoire minimisant le temps de manœuvre. La difficulté de ce problème vient essentiellement du phénomène de chattering et du couplage des dynamiques n'ayant pas la même échelle de temps. Avec une analyse géométrique des extrémales venant de l'application du principe du maximum de pontryagin, nous donnons des conditions suffisantes sous lesquelles le phénomène de chattering se produit, pour des systèmes affines bi-entrée. Nons appliquons ensuite ce résultat à notre problème, et montrons que le phénomène de chattering arrive pour les trajectoires optimales, pour certaines données terminales. A l'aide de cette analyse théorique préliminaire, nous mettons en œuvre une méthode de résolution indirecte efficace, combinée à une méthode de continuation prédicteur-correcteur. En cas de chattering, deux stratégies sous-optimales sont proposées: soit une méthode directe dont le contrôle est approché par un contrôle constant par morceaux, soit en stoppant la continuation avant l'échec dû au chattering. Avec le tir multiple et plusieurs paramètres de continuations supplémentaires, cette méthode de résolution est appliquée à chercher une manœuvre de pull-up avec des contraintes sur l'état en minimisant le temps-énergie pour des lanceurs aéroportés. Les résultats numériques permettent de mettre en évidence l'efficacité et la robustesse de notre méthode de résolution. / In this thesis, we investigate the minimum time control problem for the control and guidance of a launch vehicle, whose motion is described by its attitude kinematics and dynamics but also by its trajectory dynamics. The difficulty of this problem is essentially due to the chattering phenomenon and to the coupling of dynamics of different time scales. With a refined geometric study of the extremals coming from the application of the pontryagin maximum principle, we establish a general result for bi-input control-affine systems, providing sufficient conditions under which the chattering phenomenon occurs. We show how this result can be applied to our problem. Based on this preliminary theoretical analysis, we implement an efficient indirect numerical method, combined with numerical predictor-corrector continuation, in order to compute numerically the optimal solutions of the problem. In case of chattering, two sub-optimal strategies are designed: one is a direct method in which the control is approximated by a piecewise constant control, and the other consists of stopping the continuation procedure before its failure due to chattering. With several additional numerical continuation steps, we apply finally the developed indirect approach to the minimum time-energy pull-up maneuver problem, in which state constraints are also considered, for airborne launchers. Numerical simulations illustrate the efficiency and robustness of our method.

La diversité des régimes des instruments de la famille des flûtes a été mise en évidence à de nombreuses reprises : régimes statiques, périodiques, ou non périodiques. Cependant, de nombreux aspects de la dynamique de ces instruments demeurent mal compris. Pour les musiciens comme pour les facteurs d'instruments, les transitions entre régimes revêtent une importance particulière : d'une part elles correspondent à des changements de notes, et d'autre part la production d'un régime donné est conditionnée par les paramètres de facture (liés à la fabrication de l'instrument), et de contrôle (ajustés en permanence par l'instrumentiste). On s'attache dans ce document à caractériser les transitions entre régimes dans les flûtes, en lien avec des problématiques de facture et de jeu. Différentes approches sont mises en place. Des approches expérimentales d'une part, avec des mesures sur musicien et sur bouche artificielle. Par ailleurs, un modèle physique de l'instrument - un système dynamique à retard de type neutre - est étudié, par intégration temporelle d'une part, mais également par collocation orthogonale et continuation, donnant ainsi accès aux diagrammes de bifurcations.Croiser les résultats de ces différentes approches permet de mieux appréhender différents phénomènes : hystérésis associée aux changements de régime, ou mécanisme d'apparition des régimes non périodiques. L'influence de paramètres de facture et de contrôle est également étudiée : le rôle majeur de la géométrie interne du canal des flûtes à bec est mis en évidence, et l'influence de la dynamique de la pression dans la bouche du musicien sur les seuils de changement de régimes est caractérisée. / Various studies have highlighted the diversity of regimes in flute-like instruments : static, periodic or non periodic regimes. However, some aspects of their dynamics remain poorly understood. Both for flute players and makers, transitions between regimes are particularly important : on the one hand, they correspond to a change of the note played, and on the other hand, production of a given regime is determined by parameters related to making and to playing of the instrument. In this document, we are interested in caracteristics of regime change in flute-like instruments, in relation with making and playing issues.Different approches are considered. First, experimental methods, with measurement on both musician and an artificial mouth. On the other hand, a physical model of the instrument - a system of delay differential equations of neutral type - is studied, through time-domain integration, and using orthogonal collocation coupled to numerical continuation. This last approach provides access to bifurcation diagrams.Considering results of these different methods, it becomes possible to better understand different experimental phenomena, such as regime change and associated hysteresis, or production mechanisms of non periodic regimes. Influence of different parameters is further studied : the crucial importance of the channel geometry in recorders is highlighted, and the influence of the mouth pressure dynamics on regime change thresholds is analysed.