Lorsqu'un phénomène de détonation survient dans des milieux confinés comme un bâtiment présentant un système de galeries, l'onde de choc générée se propage et peut engendrer des dégâts matériels et humains considérables. En effet, l’onde de choc en se propageant dans ces systèmes de canaux confinés va interagir avec les obstacles qu’elle rencontre (humains et matériels), et va provoquer de très fortes élévations de la pression localement. Ce phénomène peut être très destructeur pour les structures et létale pour les humains. L'objectif de cette étude, expérimentale et numérique, est donc d'étudier la propagation d'une onde de choc dans différents systèmes de canaux afin de comprendre son comportement et de proposer des solutions pour en atténuer les dégâts. L’étude s’articule autour de deux grands axes. Le premier étudie de manière très académique la propagation d’une onde de choc au travers de cinq configurations différentes ; deux sans variation de section (un coude à 45$^{\circ}$ et un coude à 90$^{\circ}$), et trois avec variation de section (un divergent, un élargissement brusque et une bifurcation en « Y »). L’influence de la singularité sur la pression réfléchie en fond de configuration est étudiée ainsi que les mécanismes physiques complexes qui se produisent derrière l’onde de choc le long de la singularité. Le deuxième axe étudie l’atténuation de la pression réfléchie par l’ajout de piège (cavités) le long du système étudié. Une étude paramétrique montre que la position ainsi que la taille et la forme du piège ont un impact sur l’atténuation de l’onde de choc. / In the search for protection from explosions phenomena, a variety of underground shelters were studied to minimize the risks related to the propagation of shock waves in closed areas. Indeed, the blast effect could be really destructive for equipment and humans encountering the shock wave propagation, because of the high elevation of the local pressure it generates. Thus, the propagation of a shock wave through various canal systems is both experimentally and numerically studied. This study is based on two topics. The first part is focused on the study of the propagation of a shock wave through five various configurations ; two whithout aera change (a 45$^{\circ}$ bend duct and a 90$^{\circ}$ bend), and three configurations whith a sectional enlargement (a divergent, an abrupt area change and a « Y » bifurcation). The impact of the geometry on the end wall reflected pressure is studied as well as some complex physical mechanisms that occur behind the incident shock wave. The second part explores the mitigation of the pressure level in the device with the addition of traps (cavities) along the studied configuration. A parametric study based on the shape and size of the cavities, shows that these parameters have a considerable impact on the pressure level in the duct system.

La recherche que nous avons menée s'inscrit dans les projets de l'équipe de recherche Maths à Modeler. En particulier dans celui portant sur les situations de recherche en classe (Grenier et Payan, 2002 ; Ouvrier-Buffet, 2003 ; Godot, 2005 ; Cartier, 2008). Cette étude est centrée sur la démarche de recherche en mathématiques et plus particulièrement sur le rôle de l'expérimental. Un des postulats fondateur de notre recherche est que savoir faire des mathématiques, c'est savoir résoudre partiellement des problèmes de recherche, la résolution de tels problèmes nécessitant de passer par des phases expérimentales. Notre problématique porte donc sur la transmission aux élèves du savoir-faire « démarche expérimentale en mathématiques » et sur le rôle que celui-ci joue dans la résolution de problèmes de recherche. Considérant que ce savoir-faire ne peut s'apprendre qu'à travers sa pratique en situation de résolution de problèmes, l'objectif de notre recherche a été la détermination de conditions épistémologiques et didactiques favorisant la mise en pratique de la « démarche expérimentale ». En plus de la construction d'un modèle de situation pour la « démarche expérimentale », nous avons construit, analysé et expérimenté des situations se référant à ce modèle. Pour mener à bien notre étude, nous avons utilisé le modèle de situation de recherche pour la classe (Grenier et Payan, 2002 ; Godot, 2005), ainsi que des éléments de la théorie des situtions didactiques de Brousseau (1998), en particulier validation a-didactique, contrat didactique et milieu. Nous avons aussi défini un modèle de « démarche expérimentale en mathématiques » qui a servi de référant à notre recherche. Après avoir observé que la « démarche expérimentale en mathématiques », telle que nous l'entendons, n'est pas proposée par l'institution scolaire, les expérimentations et les analyses, que nous avons menées, ont montré que, dans une certaine mesure, il est possible de la faire pratiquer à des élèves. De plus, cette pratique a permis aux élèves de progresser dans la résolution grâce à un enrichissement des conceptions qu'ils portaient sur le problème à résoudre. Ces expérimentations nous ont aussi permis d'affiner les situations que nous avons construites. / This research fits into the projects of the Maths à Modeler research team, especially in the one about Research Situation for the Classroom (Grenier and Payan, 2002 ; Ouvrier-Buffet, 2003 ; Godot, 2005 ; Cartier, 2008). One of our founding postulate is that knowing how to do mathematics is knowing how to solve partially reserch problems, the solving of such problems requiring experimental phases. Our problematic is about the teaching of the knowledge "experimental approach in mathematics" and the role that this knowledge plays in solving research problems. As we consider that this knowledge can only be learned by its practise, the aim of our research is the identification of epistemological and didactical conditions favouring the practise of the experimental approach in mathematics. Along with the building of a model of "situations" for the experimental approach, we built, analysed and experimented situations which refer to the model. We used the model of Research Situation for the Classroom (Grenier and Payan, 2002 ; Godot, 2005) and elements of the theory of didactical situation (Brousseau, 1998), especially a-didactical validation, didactical contract and "milieu". We have also defined a model of "experimental approach in mathematics" which was used as a "guide" of our research. After observing that "the experimental approach in mathematics", as we defined it, is not proposed by schools, experimentations and analyses showed that, in a certain way, students can do experimental approach in mathematics. Moreover, this practise let students progress in finding solutions thanks to the improvement of their conceptions about the problem. These experimentations also let us refined the situations that we have built.

Afin d'analyser le rôle de la saturation partielle sur la vitesse de phase et l'atténuation des ondes P directes, nous avons élaboré une expérience en laboratoire dans la gamme du kiloHertz. Celle-ci permet une corrélation avec les mesures de terrain et limite les effets d'échelle induits par l'utilisation des traditionnelles mesures ultrasoniques. Le montage expérimental est composé d'un container rempli de sable, équipé d'accéléromètres et de sondes de teneur en eau. Une propagation d'onde est générée par une source mécanique constituée d'une bille en métal frappant une plaque de granite. Plusieurs cycles d'imbibition/drainage sont réalisés entre les saturations résiduelles en eau et en air. Une transformée continue en ondelette a été choisie pour le traitement des données sismiques et validée numériquement par une simulation de propagation d'ondes dans un milieu viscoélastique 2D (code Specfem2D). En imbibition et en drainage, la vitesse de phase décroît avec l'augmentation de la saturation, ce qui peut être expliqué par la limite Biot-Gassmann-Wood (BGW) de la théorie de Biot. Ce comportement, typique des mesures de terrain, indique qu'il est possible de considérer le mélange de fluides (eau et air) comme un fluide effectif. L'interprétation de l'atténuation est plus complexe et ne peut être expliquée par le mécanisme de relaxation de flux macroscopique de la théorie de Biot. Il est nécessaire d'introduire une contribution viscoélastique reliée aux pertes frictionelles grain-à-grain et décrite par un modèle à Q constant. De plus, un hystérésis entre imbibition et drainage est observé et expliqué en introduisant une perméabilité effective du mélange, dépendante des perméabilités relatives à l'eau et à l'air. / In order to analyse the role of partial saturation on direct P-waves phase velocity and attenuation, we performed a laboratory experiment in the kiloHertz range to avoid scale effects between field studies and traditional ultrasonic laboratory measurements. This experiment consists in a sand-filled tank equiped with accelerometers and water capacitance probes, were seismic propagation is generated by hitting a steel ball on a granite plate. Several imbibition/drainage cycles were performed between the water and gas residual saturations. Seismic data were processed by a Continuous Wavelet Transform using the complex Morlet wavelet which was numerically validated using a viscoelastic 2D code for wave propagation (Specfem2D). Phase velocity of direct P-wave decreases with the increase of water content, which is quite consistent with Biot-Gassmann-Wood (BGW) limit of the Biot's theory for both imbibition and drainage. This behaviour indicates that the fluid mixture (gaz and water) can be considered as an effective fluid, which is typical of field seismic applications. In this experiment, attenuation is very strong and cannot be fully explained by the macroscopic fluid flow of Biot's theory. It is necessary to introduce a viscoelastic contribution linked to the grain to grain overall losses, which are described by a constant Q-model. Moreover, hysteresis between imbibition and drainage are observed and explained by introducing an effective permeability of the mixture depending on water and gas relative permeabilities.

Cette thèse envisage la critique de la « société du Spectacle » (concept forgé dans l’essai éponyme de Guy Debord) telle qu’elle procède dans des œuvres du théâtre expérimental et sur les scènes de la performance au cours des années 2000 à Berlin, Londres et Paris. Les pièces étudiées recyclent des références empruntées aux médias de masse, souvent assimilés à des machines à aliéner le public. Le corpus regroupe aussi bien des auteurs et des metteurs en scène que des collectifs : Martin Crimp, David Ayala, Joël Jouanneau, Falk Richter, René Pollesch, Tom Kühnel, Katie Mitchell, le Collectif MxM (Cyril Teste), Forced Entertainment (Tim Etchells), Gob Squad et Superamas. L’approche pluridisciplinaire traite à la fois des composants dramaturgiques et des considérants sociologiques de la représentation. D’une part, ce travail étudie la structuration des réseaux dans lesquels les artistes se rencontrent ou coopèrent. D’autre part, nous examinons tant l’organisation des différents éléments scéniques, parmi lesquels les caméras et les écrans tiennent une place importante, que la corporéité des interprètes ainsi que les modes de réception des spectateurs, entre autres par la mise en place d’une enquête. En trans-contextualisant leurs sources, les artistes instaurent des écarts et creusent de la distance à travers divers procédés : l’incorporation littérale, la citation, la parodie et le pastiche, mais aussi l’ironie et le ton cool fun. La dimension critique de ces œuvres ne s’exerce pas de manière frontale et n’est souvent pas même revendiquée. Loin de la rejeter en bloc, les auteurs et interprètes affectionnent certains objets de la culture des médias de masse. Pour mettre en branle leur fonction critique, ils se situent au cœur même de la « société du Spectacle » et de l’esprit du temps. Ainsi cette critique s’est déplacée de l’extérieur à l’intérieur du champ. Leur démarche mêlant le sérieux au ludique dénote une volonté de ne pas se désolidariser des spectateurs face auxquels ils veulent s’inscrire sur un pied d’égalité pour rendre le dialogue et parfois l’interaction possibles. / This thesis tackles the critic of the “Society of the Spectacle” (concept brought by the Guy Debord’s eponymous essay) performed in experimental theater works and the performance scenes during the 2000s in Berlin, London and Paris. The studied theater pieces borrow cultural references to the mass media, often considered as machines to alienate the public. The corpus includes authors as well as stage directors and collectives: Martin Crimp, David Alaya, Joël Jouanneau, Falk Richter, René Pollesch, Tom Khünel, Katie Mitchell, the Collective MxM (Cyril Teste), Forced Entertainment (Tim Etchells), Gob Squad and Superamas.The multidisciplinary approach deals with both the dramaturgy aspects and the sociological patterns of representation. One the one hand, this work studies the network structure in which the artists meet each others and collaborate. On the other hand, we investigate the various stage elements, among which cameras and screens take an major part, as well as the actors’ corporeality as well as the spectators’ ways of perception, among others, by the mean of a survey. By trans-contextualizing their sources, the artists create a gap and increase the distance with them using several techniques: literal incorporation, quotation, parody and pastiche, but also irony and cool fun tone.The critical dimension of these works is not straight forward, and often not even claimed. Far from rejecting it as a whole, the authors and actors are fond of the mass media culture’s objects. In order to set in motion their critical function, they place themselves at the heart of the “Society of the Spectacle” and the Zeitgeist. Thus, such a critic has moved from an external point of view to an internal one. Their approach, mixing seriousness and fun, indicates a will not to separate themselves from the spectators to whom they want to set on equal footing in order to make the dialogue and sometimes the interaction possible.

La production de méthane à partir des champs hydratifères des fonds océaniques est un procédé promis à se développer et à atteindre l'échelle industrielle au cours des dix prochaines années. Cependant, les premiers essais d'extraction de méthane se sont révélés infructueux et difficiles à mener. Le phénomène de dissociation des hydrates de méthane au sein d'une matrice poreuse reste mal connu et maîtrisé: la fusion des hydrates de méthane engendre des écoulements de fluide et des transferts thermiques au sein d'un milieu poreux. Les propriétés de ce milieu poreux évoluent donc avec la disparition de la phase hydrate et la présence éventuelle d'une phase glace au cours de la dissociation. Les transferts de masse et de chaleur doivent donc être couplés, afin de tenir compte premièrement du changement de la perméabilité et deuxièmement de l'évolution de la conductivité thermique du système.<br />Dans cette étude, les transferts de masse et de chaleur ont été étudiés numériquement et expérimentalement. Un modèle numérique 2D est proposé dans lequel les transferts de chaleur et de masse gouvernent la dissociation des hydrates de méthane. Les résultats numériques montrent la présence de gradients de pression et de température au sein du milieu poreux et l'évolution de la frontière de dissociation selon le type de sédiment utilisé. Ce modèle est utilisé afin de dimensionner un dispositif expérimental de dissociation de carottes sédimentaires partiellement saturées en hydrates de méthane qui permet un suivi précis de la cinétique de dissociation.<br />Le montage expérimental est composé de cinq zones cylindriques de même diamètre (1/2 inch) mais de tailles différentes (pour une longueur totale de 2,6 m). Chaque zone est contrôlée en pression et en température. Chaque expérience consiste en une cristallisation d'hydrates de méthane au sein d'un milieu poreux, puis en une dissociation de ces mêmes hydrates par une méthode de contrôle de la pression à une extrémité du dispositif. La cinétique de dissociation est étudiée par le suivi de la pression dans un ballast (situé en aval du dispositif). Les résultats obtenus, via une étude paramétrique, permettent de cibler les paramètres clés de la dissociation de ces hydrates sédimentaires et d'observer leur impact sur la cinétique de dissociation. Deux régimes bien distincts de dissociation sont mis en évidence et caractérisés selon les propriétés du sédiment partiellement saturé en hydrates de méthane. Le rôle de la glace au cours de la dissociation est également étudié pour ces deux types de dissociation. <br />Enfin, la correspondance des résultats numériques et expérimentaux est mise en évidence par comparaison de courbes de cinétique de dissociation et de courbes d'évolution de la pression au sein du milieu poreux.

L'émergence de la notion selon laquelle la réponse inflammatoire exercerait des effets bénéfiques dans la pathologie ischémique cérébrale, en particulier au cours de la phase de récupération fonctionnelle nous a conduit à étudier l'implication des cellules microgliales dans le déclenchement des mécanismes de neuroplasticité post-ischémique. Notre étude a été réalisée chez le Rat soumis à une ischémie focale permanente induite par photothrombose. L'activation microgliale a été modulée par un traitement au 3-aminobenzamide (3-AB), un inhibiteur spécifique de la poly(ADP-ribose)polymérase-1, jouant un rôle prépondérant dans l'activation de ces cellules. Nos données montrent que le 3-AB entraîne une diminution importante de l'activation microgliale aux temps courts associée à plus long terme à une réduction de l'expression de la synaptophysine et de GAP-43, respectivement marqueurs des processus de synaptogenèse et croissance axonale. L'ensemble de ces données indique donc que les cellules microgliales constituent effectivement des acteurs cellulaires essentiels de la neuroplasticité post-ischémique. Le Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) se révélant un candidat potentiellement capable de promouvoir de tels changements, nous avons pu mettre en évidence que ces cellules représentaient de façon précoce une source importante de BDNF. Ces résultats ont été confirmés par la nette diminution des taux de BDNF mesurés dans les zones corticales lésionnelles et péri-lésionnelles des animaux traités par le 3-AB. Dans un deuxième temps, le métabolisme complexe de cette neurotrophine à travers l'existence de deux formes, pro- et mature, aux effets biologiques opposés, nous a conduit à réaliser une étude spatio-temporelle des expressions post-ischémiques du BDNF total (ELISA), pro- et mature (Western blotting). Aux temps courts (4-24 h), les expressions du BDNF total, pro- et mature sont augmentées dans les territoires corticaux lésés, péri-lésionnels et homotopiques tandis qu'aux temps longs (8-30 j), le BDNF total reste accru dans les régions distantes de la zone infarcie (hippocampes et cortex contralatéral). Concernant les expressions des formes pro- et mature, nos résultats indiquent une augmentation entre 8 et 30 j uniquement dans les territoires hippocampiques. D'un point de vue cellulaire, le BDNF est exprimé du côté ipsilatéral dans les neurones et les cellules non neuronales tandis que du côté contralatéral, l'expression est limitée aux neurones. Nos résultats tout en faisant apparaître des divergences importantes dans les variations d'expressions du BDNF total (ELISA) et des différentes formes (Western blotting) indiquent que la mesure du BDNF total doit être couplée à une étude permettant de discriminer les deux formes. De plus, tout en confirmant l'implication de cette neurotrophine dans les mécanismes adaptatifs induits en réponse à une ischémie cérébrale, ces données suggèrent que les territoires distants de la zone lésée jouent un rôle majeur dans ces processus.

La recherche de traces minérales ou organiques témoignant d'une habitabilité passée ou présente de la surface de la planète Mars est au coeur du programme d'exploration de la planète. De nombreuses molécules organiques ont pu être apportées ou synthétisées à la surface depuis la formation de la planète. Cependant, aucune molécule organique n'a été identifiée de manière ferme jusqu'à aujourd'hui. Or, les conditions environnementales martiennes actuelles sont favorables à l'évolution voire à la dégradation des molécules organiques à cause de la présence de rayonnement ultraviolet énergétique, de particules énergétiques et de processus d'oxydation. La compréhension de l'évolution des molécules organiques dans cet environnement permettra de préparer et d'aider à l'interprétation de futures missions d'exploration in situ de la surface de Mars comme les missions MSL 2011 et ExoMars 2018. Afin de caractériser l'évolution de la matière organique à la surface de Mars, j'ai développé un dispositif expérimental original permettant d'étudier l'évolution de molécules organiques soumises aux conditions d'irradiation et d'oxydation régnant à la surface de Mars. Ce dispositif est capable de simuler les interactions entre la matière organique, les phases minérales, la glace d'eau et le rayonnement UV. La première cible de cette étude est la glycine, un acide aminé du vivant. La glycine est rapidement photodissociée dans les conditions de température et de pression représentatives de la surface de Mars. La présence de particules minérales ne provoque pas d'effet catalyseur ou de protecteur sur l'évolution de la glycine. Au contraire la présence de glace d'eau semble accélérer la dégradation de la glycine, probablement grâce à la formation d'espèces radicalaires lors de la photolyse de la glace d'eau. Ces expériences ont permis de qualifier le dispositif expérimental et ouvrir de nombreuses perspectives.

L'érosion interne est l'une des principales causes des instabilités d'ouvrages hydrauliques en terre (digue, levée, barrage ...). Les désordres constatés sur des ouvrages récents soulignent la nécessité d'une meilleure compréhension et quantification des phénomènes qui régissent l'érosion interne. L'entraînement et le transport de grains par les écoulements internes affectent la distribution granulométrique, modifient la porosité ainsi que les caractéristiques mécaniques et hydrauliques. L'actuelle méconnaissance de ces phénomènes dans les sols sablo-argileux, très fréquents dans les ouvrages, nous a conduit à privilégier l'étude du comportement de ces milieux. <br />Une étude préliminaire de visualisation et de quantification de l'influence de quatre paramètres (poids volumique, gradient hydraulique, pourcentage d'argile et ouverture des pores du filtre) nous a permis d'une part de valider leur choix et d'autre part de définir un protocole et un prototype expérimentaux adaptés. Le banc expérimental ainsi réalisé, permet de consolider et de confiner les échantillons en évitant tout écoulement parasite. <br />Les échantillons sont soumis à un écoulement descendant sous gradient hydraulique constant. L'acquisition des données est automatisée afin de suivre continûment le débit d'eau injecté, les variations volumiques des échantillons, la masse et la concentration d'argile de l'effluent. Après validation de l'expérimentation par reproduction puis confrontation avec une étude présente dans la littérature, nous réalisons des essais paramétriques. Ces expérimentations mettent en évidence l'existence d'un seuil de gradient hydraulique pour la suffusion d'une fraction de l'argile, qui s'accroît avec le pourcentage d'argile et la pression de confinement. <br />Nous constatons l'existence d'un second seuil au delà duquel la migration d'argile s'accompagne de l'érosion régressive de sable, ce qui induit un renard et finalement l'effondrement de l'échantillon. Ce seuil augmente avec le pourcentage d'argile mais décroît avec la pression de confinement. L'influence des caractéristiques du sable sur le renard est également mise en évidence.<br />Nous proposons une première modélisation numérique 1D de la suffusion qui permet de représenter l'évolution de la concentration en argile de l'effluent et de la masse érodée. <br />Ce travail permet également d'ouvrir d'intéressantes perspectives de recherche théorique ou expérimentale.

Les émissions de gaz à effet de serre, du domaine du frid, sont à la fois d'origine directe et indirecte. Elles sont respectivement liées à la nature du fluide frigorigène et aux consommations énergétiques des systèmes. La recherche de nouvelles molécules de synthèse à faible potentiel de réchauffement global et l'emploi de fluides naturels dans des architectures de cycle adaptées constituent la base de ce travail. Concernant ce dernier point, la compression isotherme pallie efficacement les propriétés thermodynamiques du CO2, qui sont peu favorables aux systèmes à compression de vapeur. Cette transformation idéale permet l'obtention d'un COP équivalent à 92% du COPcarnot. L'injection d'huile dans la chambre de compression, sous la forme de fines gouttelettes, a été envisagée pour se rapprocher de cette compression isotherme. Son potentiel a tout d'abord été évalué par simulation numérique pour des copresseurs scroll et piston. Il est apparu qu'une taille de goutte de 0,025mm et un débit 3 fois plus important que celui de CO2, conduisent à un gain énergétique substentiel: +30% par rapport au cycle trans-critique conventionnel. La faisabilité d'obtention d'un spray, constitué de gouttelettes d'un diamètre moyen de 0,05 mm, a fait l'objet d'une première validation expérimentale. Cette solution qui peut être combinée avec d'autres innovations technologiques pourrait permettre d'avoir des équipements frigorifiques, au CO2 ayant un impact environnemental inférieur à celui des systèmes utilisant des fluides de synthèse.

Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale de la morphodynamique des structures sédimentaires dans des conditions d'apport limité en sédiments. Cette étude s'inscrit dans un contexte où il s'agit de prendre en compte la complexité naturelle des rivières à l'échelle d'un dispositif expérimental afin de mieux appréhender les processus d'érosion et de déposition de sédiments mis en jeu à l'échelle d'un tronçon de rivière. Pour cela, nous avons mis au point un chenal expérimental permettant de contrôler le débit de sédiments de façon indépendante du débit d'eau. Nous avons, grâce à ce dispositif, caractérisé la dynamique et la morphologie des dépôts sédimentaires (hauteur, espacement, rapport d'aspect, ...) en fonction du débit de sédiments, du débit d'eau et de la taille du sédiment. Après un régime transitoire, les dépôts finissent par adopter un état d'équilibre dont la morphologie et la taille dépendent crucialement du débit de sédiments, en plus du débit d'eau. Nous avons mis en évidence deux régimes de transport : i) un premier régime contrôlé par l'apport en sédiments où la hauteur des formes d'équilibre varie linéairement avec le débit de sédiments, et ii) un second régime gouverné par l'écoulement où la hauteur des dépôts devient indépendante du débit de sédiments. Par ailleurs, dans le premier régime, nous montrons que la hauteur d'équilibre des dépôts obéit à une loi d'échelle simple faisant intervenir le débit de sédiments, le cube de la vitesse de frottement et la taille des sédiments. Enfin, nous avons abordé le cas d'un apport en sédiments bidisperses qui représente une première étape dans la prise en compte du caractère polydisperse des rivières naturelles. Nous montrons, en autre, que la dynamique des dépôts bidisperses ne peut s'expliquer par une simple superposition des résultats obtenus en monodisperse, indiquant ainsi que les mécanismes de ségrégation jouent un rôle prépondérant.