Cemanuscrit présente les résultats d'une étude numérique et expérimentale sur la marée interne et l'interaction de la marée interne avec un talus continental dans un fluide stratifié dans le cas d'une pente super-critique. L'étude numérique est basée sur le code MITgcm, qui résoud les équations de Navier-Stokes non-linéaires et non-hydrostatiques en employant une technique de volumes-finis. Les expériences sont réalisées sur la grande cuve tournante du Coriolis, LEGI en utilisant des techniques PIV et CIV. Nous avons étudié la propagation et la réflexion de la marée interne en présence de rotation et sans rotation. Nos résultats marquants sont la génération de faisceaux d'ondes internes à la fréquence harmonique de la fréquence de forçage, par interaction des faisceaux incident et réfléchi sur le fond de la cuve, l'occurrence d'une instabilité paramétrique sous-harmonique dans le faisceau incident et la définition et l'étude de la largeur du faisceau en fonction des paramètres de forçage et de la rotation.

La formulation optimale des fluides thixotropes est essentielle dans de nombreux procédés, par exemple dans le domaine des forages pétroliers. Ceci passe par une compréhension fine des liens entre les évolutions de leur microstructure et leurs propriétés d'écoulement. Nous étudions ici les propriétés d'un système émulsion inverse comprenant des argiles organophiles utilisés comme fluide de forage. Nous travaillons sur le fluide réel et sur une émulsion modèle en régime solide, en régime liquide, et durant l'arrêt du matériau sous faibles sollicitations mécaniques. A l'aide d'expériences de rhéométrie conventionnelle et de vélocimétrie IRM, nous avons identifié les origines structurelles des principales propriétés rhéologiques en fonction des concentrations des constituants : le seuil de contrainte, le vieillissement au repos, la bifurcation de viscosité en régime liquide, le déplacement de l'interface solide-liquide au sein du fluide. En particulier nous montrons que l'arrêt progressif de l'écoulement sous une contrainte critique est induit par la croissance d'agrégats. L'homogénéité du matériau lors de nos expériences rhéologiques a été vérifiée par des mesures de concentrations locales par RMN. Ces résultats montrent l'importance des liens argileux pour les propriétés thixotropes de ces systèmes.

La pérennisation de la valorisation agricole des boues résiduaires passe par une optimisation des techniques d'épandage. Dans le cas présent, nous nous sommes focalisés sur les phénomènes intervenant sur les disques qui constituent la table d'épandage, en tenant compte à la fois des caractéristiques rhéologiques du matériau à épandre et des réglages mécaniques du matériel. On montre d'abord par des expériences de rhéométrie qu'aux faibles contraintes, les boues ne peuvent s'écouler de manière stable: la déformation totale du matériau résulte d'une compétition entre la restructuration pendant la phase de repos précédant le cisaillement et la déstructuration due au cisaillement. De plus, lors du cisaillement avec une surface lisse, un glissement apparaît dans la même gamme de contrainte, à partir d'une déformation critique. Il se forme une fine couche de liquide newtonien entre la surface qui induit le cisaillement et le reste du matériau dans l'entrefer. Au delà d'une contrainte critique, l'écoulement devient homogène, quelque soit la nature de la surface, lisse ou rugueuse. A partir de travaux sur maquette, nous avons analysé la déformation d'un échantillon de fluide à seuil engendrée par l'application d'une force centrifuge d'intensité croissante, en accélérant progressivement la vitesse de rotation du disque. On montre que la dynamique de l'étalement se résume en trois phases distinctes. Aux faibles vitesses de rotation, le matériau se comporte comme un solide viscoélastique et subit de faibles déformations élongationnelles. Quand la vitesse de rotation dépasse une valeur critique, la déformation n'est plus homogène: le matériau se comporte comme un liquide en périphérie, et comme un solide au centre de l'échantillon. Seule la partie liquide s'étale en formant un bourrelet. On montre ainsi que les paramètres viscoélastiques du matériau et l'initiation de l'écoulement sont étroitement liés: plus le seuil de contrainte est élevé, plus la vitesse critique est grande. Enfin, l'étalement se localise au sein de digitations qui se forment à partir du bourrelet. Finalement, on montre qu'au cours de l'épandage les paquets de boues arrivant sur la table d'épandage ne sont pas cisaillés sous l'action de la force centrifuge, mais ils subissent une élongation puis une fragmentation avant d'être projeté à la sortie du disque. On démontre au passage que les pâles n'ont aucune utilité sur le procédé d'émiettement.

Ce manuscrit présente une étude expérimentale et théorique sur les écoulements granulaires immergés le long d'un plan incliné, modèle en<br />laboratoire des avalanches sous-marines. L'étude expérimentale porte sur un<br />écoulement granulaire stationnaire et uniforme, complètement immergé dans<br />de l'eau. Les mesures de vitesse et d'épaisseur montrent que la définition<br />d'un nombre sans dimension dépendant d'un rapport de deux temps caractéristiques permet de comprendre quantitativement de tels écoulements.<br />L'adaptation de ce nombre sans dimension à un écoulement sec ou immergé<br />permet de définir de manière universelle une rhéologie de friction. Intégrée<br />aux équations moyennées dans l'épaisseur, cette rhéologie permet de définir<br />un critère de stabilité entre les écoulements stationnaires et des écoulements<br />instables, en accord qualitatif avec les observations expérimentales. Pour<br />mieux comprendre le rôle du fluide interstitiel, nous avons étudié numériquement<br />la trajectoire d'un bloc poreux en écoulement le long d'une pente rugueuse.<br />Outre la dissipation visqueuse, la présence du fluide peut apporter une lubrification modifiant les trajectoires du bloc poreux, et les angles<br />d'écoulements stationnaires. La dernière partie du manuscrit présente des<br />perspectives sur les écoulements immergés instationnaires ainsi qu'un ensemble<br />de conclusions.

Cette thèse est consacrée à l'étude analytique et numérique d'instabilités de forme de vésicules lipidiques à deux phases. Les vésicules sont un système modèle de choix pour étudier les propriétés mécaniques et physico-chimiques de la membrane cellulaire. Aussi, elles ont été largement étudiées depuis une trentaine d'années et, dans le cas d'une bicouche homogène, leurs propriétés sont désormais bien comprises. On sait maintenant réaliser des vésicules formées d'un mélange de lipides. Il peut alors se produire une séparation de phase conduisant à la formation de domaines de composition différente. Des structures similaires de très<br />petite taille, appelées 'rafts', existeraient dans les membranes cellulaires. Différentes expériences sur des vésicules multiphasiques montrent que cette inhomogénéïté latérale favorise des instabilités de forme. Nous avons modélisé trois instabilités différentes, observées expérimentalement, pour mieux comprendre comment les propriétés mécaniques des vésicules sont affectées par l'existence d'un domaine. Deux instabilités concernent des déformations hors du plan de la bicouche : la rupture d'un tube de membrane, provoquée par les contraintes mécaniques internes, et l'éjection d'un domaine d'une vésicule tendue, soit par l'absorption de molécules soit par un changement de pression osmotique. Enfin, nous avons modélisé une instabilité illustrant le comportement hydrodynamique de la bicouche, qui justifie le concept de viscosité associé à celle-ci tout en soulignant son caractère bidimensionnel.

On aborde des questions liées à l'étude de quelques aspects de la modélisation mathématique en mécanique des fluides et des structures. Cette étude s'articule principalement autour de deux thèmes : le couplage fluid-structure, l'analyse de problèmes d'écoulements peu profonds à surface libre.

Cette thèse traite des problèmes d'interaction fluide-structure. Deux familles de problèmes sont présentées : l'interaction entre une structure élastique et un fluide incompressible et l'interaction entre une structure élastique et un fluide compressible. La structure est immergée dans le fluide et l'ensemble évolue dans une cavité fixe bornée. Le mouvement du solide se compose d'un mouvement rigide (translation et rotation) et d'un mouvement élastique. Dans l'équation du mouvement solide, on ajoute un terme qui régularise la déformation élastique.<br />Après avoir justifié le modèle étudié, on montre des résultats d'existence de solutions faibles définies tant qu'il n'y a pas de chocs entre la structure et la paroi de la cavité et tant que des conditions de non-interpénétration et de préservation de l'orientation du solide sont satisfaites.

L'étude comparative des atmosphères planétaires est une science jeune, pleine d'intérêt du fait de la diversité des situations observées Dans ce cadre, l'exploration de la planète Mars est actuellement un enjeu important. Ce travail de thèse concerne plus particulièrement la double modélisation de l'ionosphère martienne et de son rayonnement dans Ie domaine ultraviolet. Le modèle de l'ionosphère de Mars est basé sur un modèle ionosphérique terrestre couplé cinétiquejfluide. Sont notamment décrits les profils de production et de concentration des ions H+, 0+, at et cot et des électrons thermiques, et les températures des électrons. Le modèle reproduit convenablement les mesures du module Viking 1. Pour nous familiariser avec l'étude d'un rayonnement, nous avons développé un modèle d'émission de deux raies de l'oxygène atomique (558 et 630 nm), validé pour la Terre par des comparaisons avec des mesures d'un interféromètre embarqué. Fort de cette expérience, un modèle de l'émission lumineuse .des ions cot (288 nm) et de l'oxygène atomiaue (135 et 297 nm) dans l'atmosphère martienne est présenté. Les comparaisons avec les mesures des spectromètres des sondes Mariner 6 et 7 sont satisfaisantes.

Une mousse liquide est constituée de bulles de gaz piégées dans une matrice liquide. Cette structure «molle » confère aux mousses des propriétés hydrodynamiques complexes qui se manifestent d'une part par un couplage entre élasticité et plasticité et d'autre part par un écoulement de liquide à l'intérieur même de leur structure (drainage). La première partie de ce manuscrit porte sur le comportement élastique des mousses. Grâce à l'utilisation d'une nouvelle définition statistique du tenseur de déformation, nous avons pu ré-analyser une expérience de cisaillement d'une mousse de savon quasi bidimensionnelle dans une cellule de Couette par G. Debrégeas et montré qu'il était possible de caractériser l'état de déformation élastique d'une mousse même dans le régime plastique. Nous avons aussi étudié la réponse élastique d'un bord de Plateau unique issue de la jonction de trois films de savon s'appuyant sur un cadre rigide Dans la seconde partie de ce manuscrit, nous nous intéressons au drainage d'une mousse de ferrofluide. En dopant la phase liquide de la mousse en nanoparticules magnétiques, il est possible d'ajouter aux forces capillaires et gravitationnelles, des forces magnétiques contrôlables depuis l'extérieur via le champ magnétique. Nous avons pu montrer qu'un champ magnétique homogène modifiait la structure de la mousse en introduisant une anisotropie dans la section des bords de Plateau. Cet effet permet d'expliquer le ralentissement ou l'accélération du drainage magnétique sous l'effet d'un champ magnétique constant. Enfin, nous étudions les effets de gradients de champ magnétique sur la structure de mousses de ferrofluide confiné.

Les fluides supercritiques, au regard de leurs propriétés macroscopiques et microscopiques facilement modulables pour de faibles variations de pression et de température au voisinage de leur point critique, représentent une alternative intéressante pour la synthèse de nanomatériaux. Dans ce travail de thèse, nous avons réalisé une recherche exploratoire sur la décomposition thermique de précurseurs métalliques permettant la synthèse “contrôlée” de nanoparticules de nitrures métalliques en milieu fluide supercritique. Cette décomposition en conditions supercritiques permet d'alimenter le milieu réactionnel en atomes métalliques qui réagissent avec l'ammoniac supercritique pour former des particules nanostructurées de nitrures. L'objectif est de coupler au sein d'un même matériau, les propriétés intrinsèques des nitrures aux propriétés induites lorsqu'ils sont élaborés sous forme de nanomatériaux. Nous avons étudié dans un premier temps, l'effet des paramètres expérimentaux sur la composition chimique et la morphologie des matériaux afin de définir les potentialités du procédé. Nous avons montré que le facteur limitant de cette voie de synthèse est la présence d'oxygène dans le milieu qui conduit à la formation d'oxynitrures. Ensuite, nous avons focalisé nos recherches sur la synthèse du nitrure de nickel, Ni3N. L'analyse chimique et structurale du produit synthétisé a révélé la présence d'oxygène dans le matériau. Cependant, nous avons montré l'effet des conditions opératoires sur la morphologie du matériau élaboré en milieu ammoniac supercritique. En outre, une étude préliminaire des propriétés magnétiques des poudres synthétisées a été effectuée. Enfin, un modèle numérique permettant la prévision de l'évolution de la taille d'agrégats sphériques nanostructurés en fonction des paramètres expérimentaux (temps de séjour, concentration, température, ...) a été développé.