L'athérosclérose est une maladie inflammatoire qui commence quand les lipoprotéines de faible densité (LDL) entrent dans l'intima du vaisseau sanguin où elles sont oxydées (ox-LDL). Le ox-LDL est considéré comme un agent dangereux par le système immunitaire provoquant ainsi une réponse immunitaire. Cette réponse immunitaire déclenche le recrutement des monocytes dans l'intima où elles se transforment en macrophages et ensuite en cellules spumeuses. Ce dernier amplifie la production des cytokines inflammatoires et davantage de recrutement des monocytes. Ce processus auto-amplifié est compensé par la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires (anti-inflammation biochimique) et la migration des cellules musculaires lisses pour former une chape fibreuse qui couvre le noyau lipidique. Cette chape fibreuse avec le noyau lipidique s'appellent la plaque d'athérosclérose. Celle-ci change la géométrie du vaisseau sanguin en le rétrécissant et interagit avec du flux sanguin. Cette interaction peut avoir des conséquences dangereuses liées à la rupture de plaque ou à la formation du caillot de sang. La thèse est consacrée à la modélisation mathématique de ces phénomènes. Elle est composée de deux parties : Nous développons des modèles mathématiques basés sur des équations de réaction diffusion afin de décrire le processus inflammatoire. Le premier modèle est unidimensionnel. Il nous permet d'expliquer comment le développement de l'athérosclérose dépend de la concentration en cholestérol (ox-LDL). Si cette concentration dans l'intima est basse, alors la maladie ne se développera pas. Les concentrations intermédiaires de ox-LDL peuvent mener au développement de la maladie dans certaines conditions. Nous montrons que l'inflammation se propage en front d'ondes de réaction-diffusion. Les concentrations élevées de ox-LDL engendre le développement de la maladie. Même une petite perturbation du cas non inflammatoire mène à une propagation d'ondes qui correspond à l'inflammation. Ensuite nous étudions un modèle bidimensionnel qui représente un système d'équations type réaction-diffusion sur une bande. La deuxième dimension correspond à la section transversale de l'intima et une condition aux limites non-linéaire décrit le recrutement des monocytes. Cette condition aux limites est une fonction des concentrations des cytokines. Nous démontrons l'existence des fronts de propagation d'onde et confirmons les résultats précédents qui montrent que l'athérosclérose se développe en tant qu'onde de réaction-diffusion. Les résultats théoriques des deux modèles sont confirmés par des simulations numériques qui montrent que le cas bidimensionnel converge vers le cas unidimensionnel quand l'épaisseur de l'intima tend vers zéro. Une fois la plaque se forme, elle interagit avec le flux sanguin engendrant de différentes conséquences mécaniques et biochimiques. Nous développons un modèle d'interaction fluide-structure. La plaque d'athérome composée d'un dépôt lipidique couvert par une chape fibreuse, les deux étant modélisés en tant que matériaux hyper-élastiques. Le sang est considéré comme un fluide non-Newtonien avec une viscosité variable modélisée selon la loi de Carreau. Les paramètres utilisés dans nos simulations sont tirés de données expérimentales mentionnées dans la littérature. Nous étudions les effets non-Newtoniens sur les recirculations du sang en aval de la plaque d'athérome et aussi sur les contraintes sur celle-ci. Les simulations montrent que le modèle Newtonien surestime les recirculations de manière significative par rapport au modèle non-Newtonien. Elles montrent aussi que le modèle Newtonien sous-estime légèrement les contraintes sur la plaque pour des taux de cisaillement usuels, mais cette sous-estimation devient importante pour des taux de cisaillement bas. / Atherosclerosis is an inflammatory disease which starts when low density lipoproteins (LDL) enter the intima of blood vessel where they are oxidized (ox-LDL). The ox-LDL is considered as a dangerous agent by the immune system provoking an anti-inflammatory response. This immune response triggers the recruitment of monocytes into the intima where they differentiate into macrophages and foam cells. The latter amplifies the production of inflammatory cytokines and further recruitment of monocytes. This auto-amplified process is compensated by the secretion of anti-inflammatory cytokines (biochemical anti-inflammation) and triggers the migration of smooth muscle cells to form a fibrous cap that covers the lipid core. These fibrous caps with the lipid core are called atherosclerosis plaque. It changes the geometry of the blood vessel by narrowing it and interacts with the blood flow. This interaction may have dangerous consequences related to the plaque rupture or to the formation of blood clot. The PhD thesis is devoted to mathematical modelling of these phenomena. It consists of two major parts : We develop mathematical models based on reaction-diffusion equations in order to describe the inflammatory process. The first model is one-dimensional. It allows us to explain how the development of atherosclerosis depends on the cholesterol (ox-LDL) concentration. If its concentration in the intima is low, then the disease will not develop. Intermediate ox-LDL concentrations can lead to the disease development under certain conditions. We show that the inflammation propagates as a reaction-diffusion wave. High ox-LDL concentrations will necessary result in the disease development. Even a small perturbation of the non inflammatory case leads to a travelling wave propagation which corresponds to a chronic inflammatory response. We then study a two-dimensional model which represents a reaction-diffusion system in a strip. The second dimension corresponds to the cross-section of the intima, nonlinear boundary conditions describe the recruitment of monocytes as a function of the cytokines concentration. We prove the existence of travelling waves and confirm our previous results which show that atherosclerosis develops as a reaction-diffusion wave. The theoretical results of the two models are confirmed by numerical simulations that show that the two-dimensional model converge to the one-dimensional one if the thickness of the intima tends to zero. When the plaque is formed, it interacts with blood flow resulting in various mechanical and bio-chemical effects. We develop a fluid-structure interaction model. The atheroma plaque is composed of a lipid pool and a fibrous cap and both are modeled as hyper elastic materials. The blood is supposed to be a non-Newtonian fluid with a variable viscosity modeled by the Carreau law. The parameters used in our simulations are taken from experimental data found in literature. We investigate the non-Newtonian effects on the re circulations downstream of the atheroma plaque and on the stress over the plaque. The simulations show that the Newtonian model significantly overestimates the re circulations in comparison with the non-Newtonian model. They also show that the Newtonian model slightly underestimates the stress over the plaque for usual shear rates, but this underestimation can become significant for low shear rates.

Une modélisation efficace et une connaissance précise du comportement mécanique du cœur du réacteur sont nécessaires pour estimer les effets de l'excitation sismique sur une centrale nucléaire. La présence d'un écoulement d'eau (dans les REP) engendre des phénomènes d'interaction fluide structure. La modélisation des interactions fluide structure sur les assemblages combustible revêt donc une importance fondamentale pour la sécurité des réacteurs nucléaires. L’objectif principal du projet de thèse présenté dans ce document est d’étudier les interactions fluide structure afin de mieux comprendre les phénomènes impliqués. La modélisation et l'approche expérimentale sont considérées. Un nouveau modèle linéaire simplifié pour les interactions fluide structure est développé en utilisant la théorie de l'écoulement potentiel pour la modélisation des forces fluide, tandis que le modèle de poutre d'Euler-Bernoulli est utilisé pour la partie structurelle. Le modèle est d'abord développé pour un seul cylindre et il est validé avec des ouvrages de référence dans la littérature. Les effets de la taille de confinement et du nombre d'onde sont examinés. Le modèle d'écoulement potentiel développé pour un seul cylindre est ainsi étendu à une géométrie multicylindre. La démarche expérimentale est donc nécessaire pour valider le modèle développé. Une nouvelle installation expérimentale, ICARE, a été conçue pour étudier les phénomènes d’interaction fluide structure sur des assemblages combustible à demi-échelle. Dans ce document, les résultats fournis par les mesures de déplacement et de LDV sont largement analysés. Le comportement dynamique de l'assemblage combustible et les effets de couplage sont étudiés. Les calculs sont comparés aux résultats expérimentaux afin de valider le modèle et d’en analyser ses limites. Le modèle est en accord avec les résultats expérimentaux concernant l'effet de masse ajouté. De plus, le modèle prédit qualitativement les effets des couplages dans différentes directions. Par contre, le modèle d'écoulement potentiel ne permet pas de prédire des effets d'amortissement ajouté, principalement dus aux forces visqueuses. Enfin, dans ce document, une autre application du modèle développé est décrite. Le modèle est utilisé afin de simuler des expériences réalisées sur une maquette d'assemblage combustible dans l'installation expérimentale installée à l'Université George Washington (GWU). Le modèle est capable de prédire et de fournir une interprétation valide de la perturbation du débit d'eau due au mouvement de l'ensemble excité. La thèse se termine par des perspectives d'amélioration du modèle, en intégrant des termes visqueux dans les équations. L'analyse des données de vélocimétrie par image de particules (PIV) recueillies au cours des campagnes expérimentales ICARE doit être poursuivie. / Efficient modelling and accurate knowledge of the mechanical behaviour of the reactorcore are needed to estimate the effects of seismic excitation on a nuclear power plant. Thepresence of cooling water flow (in PWRs) gives rise to fluid structure interaction phenomena.Modelling of fluid structure interactions on fuel assemblies is thus of fundamentalimportance in order to assure the safety of nuclear reactors. The main objective of thePhD project which is presented in this document is to investigate fluid structure interactionsin order to have a better understanding of the involved phenomena. Both modellingand experimental approach are considered. A new simplified linear model for fluid structureinteractions is developed by using the potential flow theory for fluid force modellingwhile the Euler-Bernoulli beam model is used for the structural part. The model, is firstdeveloped for a single cylinder and it is validated with reference works in literature. Theeffects of the confinement size and of the wavenumber are investigated. The potential flowmodel developed for a single cylinder, is thus extended to a multi cylinders geometry. Theexperimental approach is thus needed in order to validate the developed model. A newexperimental facility, ICARE, is designed in order to investigate fluid structure interactionphenomena on half scale fuel assemblies. In this document, the results provided bydisplacement and LDV measurements are widely analysed. The dynamical behaviour ofthe fuel assembly and coupling effects are investigated. Calculations are compared to theexperimental results in order to validate the model and to analyse its limits. The model isin agreement with experimental results regarding the added mass effect. In addition, themodel qualitatively predicts couplings effects on different directions. As a drawback, thepotential flow model cannot predict added damping effects, which are mainly due to viscousforces. Finally in this document another application of the developed model is described.The model is used in order to simulate experiments performed on a surrogate fuel assemblyin the experimental facility installed at George Washington University (GWU). The modelis able to predict and to provide a valid interpretation for the water flow perturbation dueto the motion of the excited assembly. The thesis concludes with perspectives for furtherimprovements of the model, by integrating viscous terms in the equations. Work needs tobe carried out on the analysis of Particle Image Velocimetry (PIV) data collected duringICARE experimental campaigns.

L'altération hydrothermale du manteau lithosphérique dans les dorsales médio-océaniques fournit un mécanisme de transfert de chaleur et de masse entre la terre profonde et l'océan recouvrant. Le manteau lithosphérique est constituée de roches ultramafiques, également appelées péridotites. Ils comprennent plus de 70% d'olivine, de pyroxènes associés et de phases minérales mineures. La percolation de l'eau de mer dans le socle ultramafique produit l'altération de l'olivine et des pyroxènes en serpentine par le processus de serpentinisation et il est associé à des réactions d'oxydation et de carbonatation (lorsque le CO2 est présent dans le fluide). Le processus de serpentinisation présente un intérêt particulier pour la production de H2, le stockage du CO2, le développement de la vie et la production de gisements de minerai économiquement intéressants concentrés dans les fumeroles hydrothermaux. La durabilité et l'efficacité des réactions nécessitent la pénétration et le renouvellement des fluides à l'interface fluide-minéral. Les failles et les fractures des détachements océaniques sont les zones hautement perméables qui permettent à l'eau de mer de pénétrer profondément dans le manteau lithosphérique. Cependant, le processus de serpentinisation conduit à la précipitation de minéraux de faible densité qui peuvent remplir le réseau poreux, colmatant les chemins d'écoulement qui peuvent modifier les propriétés hydrodynamiques et la réactivité des roches réagi.Ces travaux de thèse visent à améliorer la compréhension des effets en retour des réactions sur les propriétés hydrodynamique du milieu dans les zones hautement perméables au cours des premières étapes de l'altération du socle ultramafique. Il se concentre en particulier sur les changements de texture et les réactions chimiques des roches ultramafiques en évaluant les effets du (i) débit et (ii) des fluides salins riches en CO2. Deux séries d'expériences de percolation réactive ont été réalisées à T = 170-190°C et P = 25MPa. La première série d'expériences consistait à injecter de l'eau de mer dans des échantillonnes de poudre d'olivine compressé sur une large gamme de débits constants. La tomographie par rayons X de haute résolution a été acquise avant et après l'expérience avec des débits élevés; afin d'évaluer les changements dans la microstructure de la roche lors de la réaction de serpentinisation. La deuxième série d'expériences consistait à injecter des fluides salins riches en CO2 dans des échantillonnes de péridotite fracturés mécaniquement.Les résultats ont permis de différencier: (1) un contrôle du débit du flux à l'échelle du pore peut contrôler la composition du fluide local et le développement de différents chemins de réaction à l'échelle de l'échantillon. (2) Le développement de différentes chemins réactifs et les changements de texture dans la roche dépend de la concentration de CO2 dissous dans la solution. (3) La formation de minéraux carbonatés (MgCO3) peut stocker du CO2 sous forme stable de minéral à long terme. (4) Un contrôle de la concentration de CO2 dissous dans le fluide et du réseau de fractures peut améliorer / limiter l'efficacité du stockage de CO2 dans les réservoirs de péridotite fracturés.Ces nouvelles données suggèrent un contrôle complexe de la structure des roches ultramafiques dans le processus de serpentinisation et fournissent de nouvelles perspectives pour le stockage potentiel du CO2 dans les réservoirs fracturés à la péridotite. / The hydrothermal alteration of the mantle lithosphere at mid-ocean ridges provides a mechanism for transferring heat and mass between the deep Earth and the overlaying ocean. The mantle lithosphere is constituted by ultramafic rocks, also called Peridotites. They comprise more than 70% of olivine, associated pyroxenes and minor mineral phases. The percolation of seawater into the ultramafic basement produces the alteration of olivine and pyroxenes to serpentine through the so-called serpentinization process and is associated to oxidation and carbonation reactions, the later when CO2 is present. The serpentinization process has special interest on H2 production, CO2 storage, development of life, and the production of economically valuable ore-deposits concentrated at hydrothermal vents. The sustainability and efficiency of the reactions requires penetration and renewal of fluids at the mineral-fluid interface. Oceanic detachment faults and fractures are the highly permeable zones allowing seawater derived fluids to penetrate deeply into the mantle lithosphere. However, the serpentinization process lead to the precipitation of low density minerals that can fill the porous network, clogging flow paths efficiently that may in turn modify the hydrodynamic properties and the reactivity of the reacted rocks.This PhD thesis aims at better understanding the feedback effects of chemical reactions on the hydrodynamic rock properties occurred on highly permeable zones during the earliest stages of alteration of the ultramafic basement. It focuses in particular on the changes in texture and chemical reaction paths of ultramafic rocks by assessing the effects of (i) flow rate and (ii) CO2-rich saline fluids. Two suite of reactive percolation experiments were performed at T=170-190°C and P=25MPa. The first suite of experiments consisted in injecting artificial seawater into porous compressed olivine powder cores over a wide range of constant flow rates. X-Ray µ-tomography of high resolution was acquired before and after the experiment run with high flow rates; in order to evaluate the micro-structural changes of the rock occurred during the serpentinization reaction. The second suite of experiments consisted in injecting CO2-rich saline fluids into peridotite cores mechanically fractured.The results allowed us to differentiate: (1) That, a control of flow infiltration rate at the pore-scale can control the local fluid compositions and the development of different reaction paths at the sample-scale. (2) The development of different reaction paths and textural changes in the rock depends on the concentration of CO2 dissolved in solution. (3) The formation of carbonate minerals (MgCO3) can store CO2 in a form of stable mineral at long-term. (4) A control of the concentration of dissolved CO2(g) and the fracture network can enhance/limit the efficiency of CO2-storage in peridotite fractured reservoirs.These new supporting data suggest a complex control of the structure of the ultramafic rocks in serpentinization process and provides new insights for the potential CO2-storage in peridotite fractured reservoirs.

Le carbone est un élément essentiel à la surface de la Terre. Il entre aussi bien dans la composition de certains minéraux (carbonates) que dans les molécules du vivant. Les roches métamorphiques contiennent également des matériaux carbonés (MC) dont l’origine peut être variée. Les MC sous forme solide (matériaux carbonés partiellement ou parfaitement graphitisés) jouent un rôle majeur dans l’évolution pétrologique et géochimique d’une roche enfouie en zone de subduction. Si notre connaissance des MC métamorphiques a largement progressée ces dernières années sur la base d’études naturalistes, expérimentales ou théoriques, il reste de nombreuses questions par exemple autour de la détermination des sources des MC dans les roches métamorphiques. Le rôle des minéralisations en tant que facteur de préservation des MC d’origine biologique (biogénique) est encore mal compris. Nous avons étudié des échantillons naturels (formation Marybank, Nouvelle Zélande) métamorphisés dans le facies schiste bleu et contenant des fossiles végétaux graphitisés et montrant une remarquable préservation morphologique. Nous dressons ainsi un inventaire des processus minéralogiques et chimiques ayant contribué à préserver, ou oblitérer, certaines informations portées par le matériau biologique originel, et plus généralement par le fossile. Pour ce faire, nous avons employé des techniques de caractérisation minéralogiques et géochimiques à haute résolution spatiale des MC fossiles et des minéraux. Nous montrons ainsi que la remarquable préservation morphologique s’accompagne d’une recristallisation avancée de la minéralogie et des MC constituant le fossile. Nous mettons aussi en évidence la présence spectaculaire de nanoparticules de TiO2 dans les MC des fossiles et nous discutons des mécanismes possibles de formation de ces minéralisations exceptionnelles.Il existe des mécanismes complexes, abiotiques, fortement liés aux interactions fluide-roche et permettant la formation de MC graphitiques dans les roches métamorphiques. Ces processus rendent complexe l’étude et l’interprétation des MC dans les roches. Toutefois, ils révèlent le rôle majeur des fluides et des assemblages minéraux dans la dynamique métamorphique du carbone. Nous avons réalisé l’étude détaillée d’un contact entre des serpentinites et des métasédiments (Malaspina, Corse Alpine) au niveau duquel les métasédiments sont décarbonatés. A cause des conditions réductrices imposées par les serpentinites sous-jacentes, le carbone inorganique ainsi libéré précipite sous forme de graphite. Nous employons des méthodes géochimiques, minéralogiques et pétrologiques complémentaires qui permettent de distinguer différentes catégories de matériaux carbonés dans ces roches, mais aussi de proposer un scénario bien contraint de formation abiotique du graphite. Cette étude permet alors de discuter du rôle des gradients redox sur la dynamique du carbone dans une roche métamorphique. L’ensemble de ces travaux sont autant d’exemples qui soulignent certains aspects encore peu explorés du rôle pétrologique fondamental des MC dans les roches métamorphiques. / Carbon is an essential element on the Earth’s surface. It is involved in the formation of certain minerals (carbonates) as well as biomolecules. Metamorphic rocks also contain carbonaceous materials (CM) with various possible origins. Solid CM (partially or completely graphitized CM) play a major role in the petrological and geochemical evolution of a subducted rock. If our knowledge of metamorphic CM increased over the last years based on naturalist, experimental or theoretical studies, many issues remain as to the source of CM in metamorphic rocks for example.The role of mineralization as a factor of preservation of CM of biological origin (biogenic) is still poorly understood. We studied natural samples (Marybank formation, New Zealand) metamorphozed in the blueschist facies and which contain carbonaceous plant fossils that display a remarkable morphological preservation at the microscopic scale. We investigate mineralogical and chemical processes that contributed to preserve, or obliterate, information carried by the original biomaterial, and, more generally, by the fossil. To do so, we have characterized the fossils and the minerals using analytical technics with high special resolution. We show that the remarkable morphological preservation is accompanied by the advanced recristallization of the mineralogy compositing the fossils. We also show the presence of spectacular TiO2 mineral nanocristals in the CM composing the fossils and we discuss about possible mechanisms leading to the formation of these exceptional mineralizations.Complex abiotic processes, intimately linked to fluid-rock interactions, allow the formation of graphitic CM in metamorphic rocks. These processes hinder the study and interpretation of CM in rocks. Nevertheless, they also reveal the major role of fluids and mineral assemblages in the metamorphic dynamics of carbon. We carried a detailed study of a contact between serpentinites and metasediments (Malaspina, Alpine Corsica) that display complete carbonate destabilization. Because of the reduced conditions imposed by the underlying serpentinite, the inorganic carbon released has precipitated and formed graphite. We use geochemical, mineralogical and petrological complementary tools that allow to distinguish different categories of CM in these rocks, and we propose a well constrained scenario for the formation for this abiotic graphite. This study allows discussing the role of redox gradients on the dynamics of carbon in a metamorphic rock.These are all examples stressing the important, and yet poorly explored, petrological role of CM in metamorphic rocks.

Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet Systèmes Mécaniques Adaptatifs (SMA)du laboratoire mécatronique M3M de l’UTBM impliqué dans l’institut FCLAB de recherche sur les systèmes pile à combustible et du projet de l’équipe de recherche «Modélisation Multiphysique », en cours de constitution, du département Sciences et Technologies de l’USEK. Les PEMFC font l’objet de nombreuses recherches pour augmenter leurs performances et diminuer leur coût mais la plupart des études se concentrent sur leurs aspects physicochimiques.Cette thèse par contre se propose de mettre en évidence l’influence, sur la production d’énergie, des sollicitations mécaniques statiques, dynamiques voire thermiques (serrages, vibrations, frottements, …) comme phénomènes couplés relevant du domaine multiphysique (interactions fluide-structure, électrique …). En premier, une analyse des différents paramètres de modèles dépendant des aspects mécaniques a été effectuée et les principaux paramètres à étudier dans le cadre de cette thèse ont été sélectionnés : porosité, perméabilité et coefficients de diffusion de la GDL, conductivité électrique du contact GDL/PB et volume des canaux après compression de la cellule. Ensuite, un modèle partiel de représentation mécanique de la GDL d’une PEMFC du côté cathode a été mis en oeuvre afin de déterminer la déformation de la GDL comprimée par une force répartie sur la PB. Sur la base des contraintes mécaniques calculées dans la GDL, les champs locaux de porosité, de perméabilité et de résistance électrique de contact GDL/PB sont obtenus. D’autre part, une modélisation 3D de type volumes finis pour l’étude de la pression du fluide à l’interface GDL/PB a été élaborée. L’analyse a permis de déterminer le champ local de pression d’oxygène sur l’interface GDL/PB du côté cathode. Les champs locaux de porosité et de perméabilité de la GDL, de résistance électrique de contact GDL/PB et de pression d’interface GDL/PB sont alors introduits dans le modèle multiphysique 2D d’une cellule de pile PEMFC. Une étude détaillée du comportement de la pile et de la modification de sa performance a pu être réalisée. Les résultats ont été présentés sous forme de courbes de polarisation et de densité de puissance. Finalement tous les résultats ont été rassemblés pour une analyse d’influence et de sensibilité afin d’identifier les paramètres qui auront le plus d'influence sur les variables simulées. Cette étude peut s'avérer un outil fort utile à la prise de décision concernant la géométrie de la dent des PB, la nature des PB, … / Most of the studies related to PEMFC emphasize on their physico-chemical aspects. The present study is concerned by the modeling for which a multiphysical coupling is primary for the balance of the energetic performance of the fuel cell. An analysis for the different parameters that depend on mechanical aspects is done and the major parameters for study are selected : prosity, permeability, diffusion coefficients of the GDL, electrical conductivity of the contact GDL / BP and volume of the channels after compression of the cell. The rectangular sections of graphite BP and trapezoid sections with or without a radius of curvature for steel BP are chosen. A partial model for the mechanical representation of the GDL of a PEMFC from the cathode side is first implemented in order to determine the deformation of the GDL induced by a uniformly distribued force. On the base of the mechanical constraints that are calculated in the GDL, the local fields of porosity abd contact resistance GDL / BP are obtained.The local field of the oxygen pressure on the GDL from the cathode side is determined by a 3D modeling. The local fields of GDL porosity, electrical contact resistance GDL / BP and pressure at the interface GDL / BP are then introduced in the 2D multiphysical model of the fuel cell. The results are presented as polarization and power density curves.Finally, all the results are gathered for an analysis of influence and sensibility in order to identify the parameters that wil have the bigger influence on the simulated variables.

Lorsque croissance des cristaux et déformation sont associées, la valeur des paramètres pression et température pourrait, dans certains cas, être obtenue grâce à l'étude des inclusions fluides liées aux cristaux syncinématiques. Bien que les méthodes d'analyse en microthermométrie soient désormais bien développées, on peut s'interroger sur la signification à accorder aux résultats dans le cas de cristaux déformés. En effet, par comparaison avec les autres méthodes utilisées pour définir 1 'histoire de la déformation, on ne retrouve pas les corrélations attendues. Ce travail est donc une tentative d'étude plus détaillée des inclusions f luides, de leurs significations et des relations qui peuvent exister entre cristallisation et déformation. A partir de cette idée, si l'on utilise des cristaux bien calés par rapport à la déformation, on devrait pouvoir suivre, par l'intermédiaire des inclusions f luides, une évolution de pression fluide ou une variation de pression fluide dans le temps et d'un point à l'autre d'un objet déformé. Les changements de pression sont beaucoup plus brutaux que les changements de température et, les variations de densité r eflètent surtout des variations locales de pression fluide. Dans une premlere partie, on rappelle l'importance et le rôle

Le vent est à l'origine d'une excitation mécanique chronique des arbres. Malgré tout, ils se développent continûment, par la croissance et la ramification. Il en résulte une grande variété de géométries, fonctions à la fois de l'espèce, et du milieu dans lequel l'arbre s'est développé. Tout au long de son existence, les caractéristiques dynamiques de l'arbre sont l'élément déterminant de son interaction avec le vent. Ainsi, cette thèse porte sur l'évolution et l'organisation spatiale de la dynamique des arbres au cours de leur développement. Une expérience de suivi des caractéristiques dynamiques de plantes, pendant leur développement, associée à un modèle mécanique de leurs oscillations en flexion, met en évidence le rôle de leurs croissances primaires et secondaires sur l'évolution temporelle de leurs fréquences naturelles. Une description générique de la géométrie de l'arbre, basée sur l'architecture et la biométrie, suivie d'une analyse dimensionnelle de sa dynamique vibratoire, permet de dériver une loi d'échelle décrivant l'organisation spatiale de ses caractéristiques dynamiques. Cette loi d'échelle est validée sur plusieurs cas d'arbres dont les caractéristiques dynamiques ont été déterminées expérimentalement ou numériquement. Une analyse dimensionnelle de l'interaction dynamique entre le vent et l'arbre permet de dériver des lois d'échelle décrivant la réponse multimodale de l'arbre au vent, et donc la répartition dans l'ensemble de l'arbre de sa réponse. Le rôle de la géométrie de l'arbre, et donc de son développement continu par la croissance et la ramification de ces axes, sur son interaction dynamique avec le vent, est ainsi quantitativement mis en évidence.

Dans les fluides géophysiques tels que l'atmosphère, l'océan ou l'intérieur de la terre, la présence de rotation et de stratification peut fortement modifier les écoulements bien connus pour des fluides homogènes. Ce manuscrit présente quelques exemples dans lesquels ces effets peuvent soit stabiliser l'écoulement (comme dans le cas des sillages stratifiés) soit le déstabiliser (comme dans le cas des tourbillons stratifiés et de la précession). Enfin, le problème du mélange qui reste encore inexpliqué dans les océans est discuté et une nouvelle méthode numérique permettant de traiter le cas des très faibles diffusivités est présenté.

Les travaux présentés concernent l'étude d'écoulements hydrodynamiques en situations complexes : écoulements instables, en régime d'advection chaotique ou encore multiphasique. Les phénomènes de transport et de transfert associés à ces écoulements sont étudiés (couplages instabilité-changement de phase, diffusif-réactif). Les applications sont nombreuses et se trouvent dans le domaine du génie des procédés.<br />Les méthodes d'investigations sont essentiellement expérimentales, quelques développements numériques sont aussi présentés.<br />Le premier thème a trait à l'étude du comportement oscillatoire d'un jet fluide, plan, qui débouche dans une cavité contenant un obstacle. L'instabilité globale de l'écoulement conduit à son oscillation auto-entretenue. La dynamique du jet présente alors une fréquence caractéristique bien précise, dépendant principalement de paramètres géométriques, qui a permis d'envisager son utilisation comme débitmètre.<br />Le second thème abordé concerne l'étude de dispersions de particules flottantes en écoulement. Les deux projets présentés s'inscrivent dans le cadre plus général de l'étude de nouveaux fluides frigoporteurs diphasiques développés au LaTEP (les coulis de glace). Le premier projet se rapporte à une configuration académique : l'ascension d'une sphère de glace en colonne liquide. Les couplages dynamique (instabilités de sillage, trajectoires) et thermique (changement de phase) sont complexes, le régime d'écoulement évoluant à chaque instant. Le second projet de ce thème se rapporte à l'hydrodynamique d'une dispersion solide-liquide modèle en conduite cylindrique horizontale. Différents régimes d'écoulement non homogène ont été mis en évidence à partir de l'évolution spatio-temporelle du champ de vitesse, en fonction de la fraction solide de la phase dispersée. <br />Le troisième thème concerne l'étude du mélange obtenu en régime d'advection chaotique pour un écoulement laminaire. Plusieurs volets ont été développés autour de l'écoulement de Dean alterné tridimensionnel existant au sein de conduites courbes. Expérimentalement, il a été prouvé, par comparaison à un écoulement se développant dans un serpentin hélicoïdal, que les écoulements chaotiques sont plus efficaces en terme de mélange diffusif et réactif, donc jusqu'à une échelle moléculaire. Numériquement, une méthode originale basée sur la transformation de maillages anisotropes associés aux déplacements de scalaires advectés par l'écoulement a été mise au point. Elle permet l'évaluation, la comparaison et l'optimisation du mélange au sein d'écoulements 2D périodiques en temps ou 3D spatialement périodiques. Les efficacités d'écoulements régulier, partiellement chaotique et globalement chaotique sont analysées à partir de différents critères pour quantifier le mélange diffusif et réactif.<br />Aujourd'hui, de nouvelles applications du mélange chaotique sont considérées. Plus particulièrement, la production d'émulsions pétrolières à partir d'huiles lourdes très visqueuses est étudiée.

Motivés par la construction de modèles réduits en interaction fluide structure, nous avons étudié l'application de la POD dans ce domaine. Cette méthode a été choisie suite à son utilisation en mécanique des fluides, domaine dans lequel elle a largement fait ses preuves.<br /><br />Nous avons donc dans un premier temps présenté et rappelé les principaux résultats de la POD. Ces résultats ont été illustrés sur l'équation de Burgers monodimensionnelle et un écoulement à faible Reynolds autour d'un cylindre. La décomposition Bi-orthogonale (BOD) a également été testée pour ces deux cas, celle-ci n'améliorant pas les résultats obtenus par la POD. La POD pour l'étude de structures en vibration a également été testée. <br /><br />Ensuite, nous avons étudié son application pour des problèmes d'interaction fluide structure. La complexité tient dans le caractère mobile des domaines alors que la base POD est spatiale et indépendante du temps. Pour remédier à cet inconvénient, on propose d'établir une base POD pour un champ de vitesse global défini sur un domaine fixe. On introduit pour cela un domaine de référence fixe contenant l'ensemble des configurations mobiles sur un intervalle de temps. On obtient ainsi une base POD pour un champ de vitesse fluide et solide. On a ensuite proposé l'écriture d'un modèle réduit pour des problèmes traitant d'interaction entre un fluide et un solide rigide. Pour cela, une formulation multiphasique du type domaine fictifs a été utilisée. Cette méthode est testée avec succès sur un cas monodimensionnel et trois cas bidimensionnels, traitant un fluide initialement au repos, ensuite un écoulement à nombre de Reynolds modéré, et un dernier exemple à fort nombre de Reynold.