Dans cette thèse, nous étudions l’effet de la turbulence en rotation sur l’instabilité dynamo. Nous étudions les différentes limites de la turbulence en rotation numériquement et théoriquement. D’abord, nous avons considéré l’effet dynamo engendré par les écoulements quasi-bidimensionnel (un écoulement avec trois composantes de vitesse qui dépendent de deux directions), qui modélise la limite de rotation très rapide. Nous avons étudié l’amplitude de saturation du champ magnétique en fonction du nombre de Prandt magnétique pour ce type d’écoulement. Un modèle théorique est développé et comparé avec les résultats numériques. Nous avons aussi regardé l’effet d’une vitesse bruitée sur le taux de croissance des différents moments du champ magnétique. Nous avons étudié l’écoulement 3D en rotation globale pour différents régimes du paramètre de contrôle. Pour l’écoulement hydrodynamique, nous avons étudié la transition vers une cascade inverse et les différents types de saturation de la cascade inverse. Nous avons regardé l’instabilité dynamo de ces écoulements. Nous avons montré que la rotation modifie le mode le plus instable et dans certains cas peut réduire le seuil de l’instabilité dynamo. / In this thesis, we study the effect of rotating turbulent flows on the dynamo instability. We study the different limits of rotating turbulence using numerical simulations and theoretical tools. We first look at the dynamo instability driven by quasi-twodimensional flows (flows with three components varying along two directions), which models the limit of very fast rotation. We look at the saturation amplitude of the magnetic field as a function of the magnetic Prandtl number for such flows. A theoretical model for the dynamo instability is later developed and compared with the numerical results. We also study the effect of a fluctuating velocity field on the growth rate of different moments of the magnetic field. The three dimensional rotating flow is then studied for different range of parameters. For the hydrodynamic problem, we study the transition to an inverse cascade and the different saturation mechanism of the inverse cascade. Later the dynamoinstability driven by such flows is investigated. We show that the effect of rotation modifies the most unstable mode and in some cases can reduce the dynamo threshold.

Nous étudions le comportement rhéologique de suspensions de bulles dans un fluide à seuil. Des suspensions modèles sont formulées par l'incorporation de bulles d'air monodisperses dans un fluide à seuil modèle, qui se comporte comme un solide visco-élastique pour de faibles déformations et s'écoule en suivant une loi de Herschel-Bulkley si la contrainte appliquée est supérieure à sa contrainte seuil. Nous caractérisons le module complexe, la contrainte seuil et la loi de comportement en écoulement de ces fluides à seuil aérés modèles. Pour des fractions volumiques en gaz inférieures à la fraction critique de percolation des bulles dans le fluide à seuil, la réponse macroscopique des suspensions de bulles est le résultat d'un couplage entre la rhéologie du fluide à seuil interstitiel et la capillarité qui s'exerce à la surface des bulles. Les grandeurs rhéologiques mesurées sur les suspensions décroissent d'autant plus avec la fraction volumique en gaz que les effets capillaires sont faibles. L'introduction de plusieurs nombres capillaires permet de quantifier ce couplage et de comparer les résultats expérimentaux obtenus à une estimation micro-mécanique. Au-delà de la fraction volumique critique de percolation des bulles, le matériau aéré devient une mousse de fluide à seuil dans laquelle le fluide à seuil interstitiel est confiné dans les bords de Plateau. Ce confinement entraîne l'apparition d'effets de taille finie lorsque la mousse de fluide à seuil est cisaillée, et la réponse macroscopique de la mousse dépend de la microstructure du fluide à seuil interstitiel / The rheological behaviour of suspensions of bubbles in yield stress fluids is investigated through experiments on model systems. Model foamed yield stress fluids are prepared by adding monodisperse bubbles in model yield stress fluids, which behave as soft visco-elastic solids for small deformation and flow with a Herschel-Bulkley law above their yield stress. The complex modulus, yield stress and flow curve of those model foamed yield stress fluids is characterised by rheometrical measurements. For gas volume fractions lower than the percolation threshold of the bubbles in the suspending yield stress fluid, the macroscopic behaviour of the bubble suspensions results from the coupling of the fluid rheology to capillarity acting on the surface of the bubbles. The rheological properties of the suspensions decrease all the more with the gas volume fraction as capillarity is weak. This coupling is quantified through capillary numbers which also allow us to compare our experimental results to micro-mechanical estimates. For higher gas volume fractions, beyond the percolation threshold of the bubbles, the aerated material turns into an actual foam of yield stress fluid in which the interstitial fluid is confined in the Plateau borders. This confinement leads to the onset of finite-size effects as the foam is sheared, and the macroscopic behaviour of the foam depends on the micro-structure of the interstitial yield stress fluid

Les circulations de fluides aux interfaces entres les socles cristallins et leur couvertures sédimentaires sont des événements majeurs de transferts élémentaires dans la croûte. Dans de nombreux contextes, des fluides de bassins peuvent pénétrer dans les socles de faible perméabilité, interagir avec eux, y lessiver des métaux, et donner lieu à des concentrations métalliques, notamment en Pb, Zn, Cu, Ag et U. Les gisements d’uranium de type discordance du bassin d’âge protérozoïque de l’Athabasca (Canada), sont des témoins essentiels de ce type de circulations de fluides, et sont des objets modèles pour comprendre les mécanismes et les conséquences de tels événements. Les inclusions fluides permettent d’échantillonner et d’analyser directement les paléofluides. Malgré les difficultés d’analyse, ces objets de taille micrométriques apportent des informations importantes sur les propriétés des fluides. Les techniques d’analyse disponibles (microthermométrie, LA-ICP-MS, écrasement-lessivage, écrasement sous vide) permettent de reconstituer la température, la pression, la composition chimique détaillée des fluides, dont les teneurs en métaux, ainsi que la composition isotopique de l’hydrogène de l’eau, du chlore et du carbone du CO2 dissous. De plus, l’analyse de la composition isotopique de l’oxygène et du carbone des minéraux dans lesquels sont piégées les inclusions fluides apporte des informations complémentaires sur la température des fluides et les interactions fluides-roches. Cette approche a été utilisée sur six gisements d’uranium du Bassin de l’Athabasca, et a permis d’apporter les résultats suivants, potentiellement généralisables à l’ensemble du bassin. (1) Deux saumures, une calcique et une sodique ont circulé et se sont mélangées à la base du bassin et dans le socle au cours de la formation des gisements à environ 150 ± 30°C. (2) Ces deux saumures ont transporté de l’uranium, dont les concentrations exceptionnelles et très hétérogènes (entre 0.2 et 600 ppm) indiquent qu’il a été lessivé dans le socle. (3) Ces saumures ont une origine commune et se sont formées essentiellement par évaporation en surface de l’eau de mer, et mélange avec des fluides issus de la dissolution de minéraux évaporitiques. (4) La saumure calcique s’est formée par interaction entre la saumure sodique et les roches du socle. (5) Les interactions des saumures avec les minéraux et le graphite du socle, la radiolyse de l’eau, et la synthèse de bitumes ont contrôlé la composition isotopique en oxygène, hydrogène et carbone de ces saumures. / Fluid circulations between crystalline basements and their sedimentary covers are major events for element transfer in the crust. In numerous settings, basinal fluids penetrate the low-permeability basement, interact with basement lithologies, leach metals, leading to metal concentrations, notably Pb, Zn, Cu, Ag and U. Unconformity-related uranium deposits from the Proterozoic Athabasca Basin (Canada) are crucial witnesses and useful tools for the understanding of mechanisms and consequences of such fluid events. Fluid inclusions allow us to directly sample and analyze paleofluids. Despite analytical difficulties, these micrometer size objects provide key information on fluid properties. Available analytical techniques (microthermometry, LA-ICP-MS, crush-leach, in-vacuo crushing) provide reconstruction of temperature, pressure, detailed fluid chemistry, including metal concentrations, as well as isotopic composition of water hydrogen, chlorine and of dissolved CO2 carbon. In addition, analysis of isotopic composition of oxygen and carbon from minerals in which fluid inclusions are trapped provide supplementary information on fluid temperatures and fluid-rock interactions. This approach was used on six uranium deposits from the Athabasca Basin and provided the following results, which can be potentially generalized to the entire basin. (1) Two brines, a calcium-rich brine and a sodium-rich brine have circulated and mixed at the base of the basin and in the basement at the time of formation of uranium deposits, at temperature close to 150 ± 30°C. (2) Both brines have transported uranium, whose exceptional and highly heterogeneous concentrations (0.2 to 600 ppm) indicate that it was leached in the basement. (3) Both brines share a common origin and were formed mainly by surface evaporation of seawater and mixing with fluids originating from dissolution of evaporitic minerals. (4) The calcium-rich brine was formed by interaction between the sodium-rich brine and basement lithologies. (5) Interaction with basement minerals and graphite, water radiolysis, and bitumen synthesis were the main controls on the oxygen, hydrogen and carbon isotopic composition of brines.

Nous développons une méthode de couplage entre un fluide compressible non-visqueux et une structure tridimensionnelle mobile. Nous considérons d'abord une structure rigide, puis déformable, et enfin avec fragmentation. Le couplage repose sur une méthode conservative de type frontières immergées en combinaison avec une méthode de Volumes Finis pour le fluide et une méthode d'Éléments Discrets pour la structure. La méthode de couplage assure la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie totale du système. Elle présente également des propriétés de consistance, comme l'absence d'effets de rugosité artificielle sur une paroi rigide. La méthode de couplage est explicite en temps dans le cas d'une structure rigide, et semi-implicite dans le cas d'une structure déformable. La méthode semi-implicite en temps évite que des déformations tangentielles de la structure ne se transmettent au fluide, et la résolution itérative jouit d'une convergence géométrique sous une condition CFL non restrictive sur le pas de temps. Nous présentons des résultats numériques montrant la robustesse de la méthode dans le cas d'une sphère rigide mise en mouvement par une onde de choc, une poutre encastrée fléchie par une onde de choc et un cylindre se fragmentant sous l'action d'une explosion interne / We develop a coupling method between an inviscid compressible fluid and a three dimensional mobile structure. We consider first a rigid structure, then a deformable, and finally a fragmenting one. The coupling hinges on a Conservative Immersed Boundary method combined with a Finite Volume method for the fluid and a Discrete Element method for the structure. The method yields conservation of mass, momentum, and energy of the system. The method also exhibits consistency properties, such as the absence of numerical roughness on a rigid wall. The method is explicit in time in the case of a rigid structure, and semi-implicit when the structure is deformable. The time semi-implicit method avoids that tangential deformations of the structure impact the fluid, and the method converges geometrically with a non-restrictive CFL condition on the time step. We present numerical results showing the robustness of the method in the case of a rigid sphere lifted by a shock wave, a clamped beam flexed by a shock wave, and a cylinder undergoing fragmentation owing to an intern explosion

L'analyse du mouvement en 3 dimensions (3D) des fluides turbulents à évoluée vers un cadre nécessitant (i). un système de capteurs puissants (ii). le développement d'outils d'estimation de basse complexité (iii). des connaissances a priori issues de la physique du fluide. Des nouvelles techniques formulées dans ce contexte et s'appuyant sur le traitement d'images ont été proposées. Leur méthodologie repose sur la conjugaison du savoir propre à la communauté Vision par Ordinateur avec des modèles physiques de la dynamiques du fluide. Mais voilà, la plupart de ces procédures sont exprimées dans un cadre bidimensionnel (2D), dans le sens où elles reconstruisent un champ 2D à partir des deux images consécutives 2D ; dès lors, ces-dernières ne sont pas adaptées pour certains régimes du fluide. Récemment, des nouvelles contributions ont proposé l'estimation du champ 3D des fluides à partir des densités volumiques préalablement reconstruites. De plus, une amélioration de ces schémas classiques suggère un apport signifiant en netteté de la reconstruction dans un cadre joint d'estimation volume-mouvement. Motivés par ces développements, nous proposons dans cette étude une alternative au schéma joint déjà présent dans la littérature afin d'estimer la vitesse 3D des fluides à partir de plusieurs séquences synchronisées d'images 2D. Le cadre théorique de cette thèse a été présenté en connexion avec les communautés de la Vision par Ordinateur, du Traitement du Signal et de la Tomographie PIV. Notre travail peut être divisé en trois tâches majeures : (i). la formulation d'un modèle proche de la physique du système observé (ii). la conception des algorithmes de reconstruction volumique de basse complexité qui prennent en compte des particularités notables sur le système (iii). l'élaboration d'un schéma de reconstruction des champs de vitesse qui considère des scénarios bruités et la structure cohérente volumique entre deux instants. Nous évaluons les performances de nos méthodes sur des scènes réalistes représentant le signal de Tomographie PIV. / The challenge of the modern understanding of the 3D turbulent flows involves the need for (i). a reliable sensing technology (ii). the design of low-complexity estimation tools (iii). Physically-sound priors. Novel techniques relying on processing image sequences have been advanced. Their methodology relies on conjugating approaches issued from the computer vision community with physical knowledge on fluid dynamics with the intent of designing an accurate motion estimator.Most of these procedures are formalized within a bidimensional framework, i.e., they reconstruct a 2D motion field out of two consecutive 2D images, making them unsuitable for several fluid regimes with high 3D structures. Estimating the fluid motion within a 3D framework seems more pertinent. In related work, the velocity fields are most often retrieved from previously estimated volumetric densities. Recent contributions estimating the volumetric distribution with regard to the motion field that links them suggest a joint optimization approach as the appropriate modus operandi towards rigorous retrieval of turbulent fluid flow. In this thesis, we have proposed a novel joint solution to address the task of 3D fluid motion estimation out of multiple sequences of synchronized 2D images. The theoretical frame has been presented with connections to the computer vision and signal processing fields, as well as to the Tomographic PIV (tomoPIV) community. Our work can be divided into three main tasks: (i). the design of a physically sound model with respect to the nature of the visualized scene (ii). the devise of volume reconstruction algorithmic schemes with low complexity that take into account known priors on the physical signal and output a satisfying estimation within a few iterations (iii). the formalization of a velocity reconstruction scheme that accounts for noisy settings and for the linked structure between two instantaneous volume reconstructions. We evaluate the agility of our methods and highlight their performance throughout realistic numerical experiments mimicking the real-world tomoPIV signal.

Les découvertes de systèmes hydrothermaux marins ont permis de dire qu'ils réunissaient les conditions favorables à l'apparition des premières formes de vie car des concentrations appréciables en N2, CO2, H2S, CH4, C2H6 et C3H8 ainsi que des quantités détectables (10-9 mol) de n-alcanes de poids moléculaire élevé (C16-C29) ont été mesurées dans les fluides hydrothermaux de la ride médio-Atlantique. Les premières formes de vie étaient sans doute des êtres microbiens simples et unicellulaires qui ont pu trouver dans les composés organiques l'énergie nécessaire à leur évolution. Les systèmes hydrothermaux marins peuvent avoir constitués un environnement favorable à l'apparition de la vie car ces systèmes sont caractérisés par des fumeurs noirs et des fumeurs blancs avec un écosystème indépendant de l'énergie solaire où vivent les organismes les plus primitifs trouvés dans les environnements actuels, les hyperthermophiles. Ces arguments sont très importants en ce qui concerne les conditions qui régnaient à l'Archéen. Les systèmes hydrothermaux Archéens sont les seuls environnements où la vie primitive a pu être protégée des impacts des météorites et de la vaporisation partielle de l'océan. Ces systèmes sont compatibles avec l'origine et l'évolution de la vie. Les études expérimentales, sur la synthèse et la stabilité des composés prébiotiques dans des conditions hydrothermales sont couplées aux études théoriques en thermodynamique permises par les travaux de mesure expérimentales. L'origine abiogéniques des composés organiques azotés dans les conditions hydrothermales est primordiale dans l'histoire de la Terre / Hydrothermal Systems discovery involve it gather favorable conditions to act for the appearing of the first living shape, because significant concentrations in N2, CO2, H2S, CH4, C2H6 and C3H8 and detectable quantities (10-9 mol) of heavy weights n-alcanes (C19-C29) were measured in hydrothermal fluids of the mid-Atlantic ridge. The first living shape were without no doubt simple or unicellular microbes being which finding in organic compounds the satisfying energize for their evolution. Hydrothermal systems could have constitute a favorable environment for the appearing of life because these systems are characterized by black smokers and white smokers with an ecosystems independent of solar energize where the most primitives organisms live, found in actual environments, the hyperthermophiles. These arguments are very important concerning the conditions ruling in Archean. The hydrothermal systems of Archean were the only environment where the primitive life was protect of meteoritic impact and partial vaporization of the ocean. These systems are compatible with origin and evolution of life. The experimental study, on the synthesis and stability of prebiotic compounds in hydrothermal conditions are gathered with thermodynamic studies permit by the works of experimental measures. Abiogenic origin of nitrogen organic compounds in hydrothermal conditions is primordial in the history of the Earth

La Thérapie par Substitution de Surfactant (TSS), qui opère par instillation d’une solution de surfactant directement dans l’arbre bronchique, est un traitement essentiel chez les nouveau-nés souffrant de syndrome de détresse respiratoire (SDRN). Cette procédure s’est révélée remarquablement efficace chez les grands prématurés, contribuant à la division par cinq de leur mortalité depuis les années 1980. À l’inverse, son utilisation s’est avérée décevante chez l’adulte dans le traitement du syndrome de détresse respiratoire aigu (SDRA), se soldant par un échec après des premiers essais pourtant prometteurs.Dans cette thèse, nous présentons un modèle mathématique et numérique de la propagation de bouchons liquides dans le système pulmonaire aérien de mammifères. Dans ce but, nous commençons par créer des modèles d’arbres trachéobronchiques chez le rat, le cochon ou l’homme. Ces modèles sont définis non seulement par leurs propriétés d’échelle mais également par leur structure tridimensionnelle indispensable à la simulation du transport liquidien. Les géométries ainsi créées sont comparées aux données morphométriques de la littérature.Nous présentons ensuite le modèle mathématique du transport liquidien. La principale propriété de ce modèle réside dans la décomposition de la propagation de bouchons liquides en deux étapes élémentaires fondamentales : (1) le dépôt de liquide sur les parois bronchiques lors de la propagation d’un bouchon, et (2) la division du bouchon liquide à chaque bifurcation de l’arbre. Les équations du processus de séparation sont déduites de la conservation de l’impulsion, pour tout type de bifurcation asymétrique. Cette décomposition en deux étapes élémentaires nous permet de calculer de manière efficace et rapide la propagation du surfactant dans l’intégralité de l’arbre aérien, fournissant ainsi un véritable outil de conception en génie biomédical.Ce modèle numérique est tout d’abord exploité pour calculer l’administration de surfactant chez le rat. Les rôles respectifs du volume initial, du débit et de l’injection multiple sont examinés. Nos résultats de simulations se révèlent être en bon accord avec les données de la littérature. En particulier, nous mettons en évidence le rôle joué par l’architecture monopodiale du rat qui contribue à la faible homogénéité de la distribution finale de surfactant. On observe également la forte non linéarité de la quantité de surfactant distribuée dans les acini en fonction du volume initial, en raison du dépôt d’une fraction de ce volume sur les parois bronchiques (le coût de dépôt). Des simulations de l’administration chez le cochon font apparaître les mêmes propriétés, avec cette fois une sensibilité accrue à la taille du poumon. Les effets respectifs de la gravité et de la tension de surface ne varient en effet pas suivant les mêmes lois d’échelle, ce qui se traduit par une distribution extrêmement inhomogène à bas débit ou à faible volume.Enfin, chez l’homme, notre modèle montre que l’origine de l’échec de la TSS chez l’adulte est possiblement à chercher dans la mécanique des fluides, l’accroissement du coût de dépôt aggravant la non-linéarité de l’administration. Cet effet peut être contré soit en instillant le surfactant à plus faible débit (mais au prix d’une distribution finale fortement inhomogène), soit en augmentant le volume initial. Nos résultats montrent en outre que, même pour des tailles comparables, les géométries très différentes de l’homme et du cochon ne permettent pas de traduire directement pour le premier les résultats obtenus chez le second. Un modèle fiable de l’administration est donc indispensable pour prédire l’efficacité de la TSS à partir de modèles animaux.En conclusion, cette thèse propose un nouvel outil permettant de prédire l’administration de surfactant chez l’animal et chez l’homme, de comprendre le rôle éventuel des modèles animaux, et en définitive de concevoir et d’optimiser de manière individualisée la TSS pour le patient. / Surfactant Replacement Therapy (SRT), which involves instillation of a liquid-surfactant mixture directly into the lung airway tree, is a major therapeutic treatment in neonatal patients with respiratory distress syndrome (NRDS). This procedure has proved to be remarkably effective in premature newborns, contributing to a five-fold decrease of mortality since the 1980s. Disappointingly, its use in adults for treating acute respiratory distress syndrome (ARDS) experienced initial success followed by failures.In this PhD thesis, we present a mathematical and numerical model for the propagation of a liquid plug into the pulmonary airway system of mammals. To that intent, we first create realistic geometrical models of the tracheobronchial trees of mammals, rat, pig, and human, defined not only by their scaling properties but also by their 3D spatial embedding (i.e., branching and rotation angles), a description necessary for simulating liquid transport. The resulting geometries are compared with the available quantitative morphometric measurements found in the literature.We then introduce the mathematical model describing liquid plug transport. The main feature of this model is to decompose the propagation of liquid plugs in two fundamental elementary steps: (1) liquid deposition onto the airway walls during the propagation of a plug into a single airway, and (2) plug splitting at each bifurcation between two consecutive generations. The equations for the splitting process are derived from momentum conservation considerations, for any type of asymmetric bifurcation and any orientation with respect to gravity. The decomposition of the transport of liquid plugs into these essential steps allows us to compute efficiently and rapidly the propagation of surfactant into the entire airway tree, thus creating a truly biomedical engineering design tool.This mathematical and numerical model is first used to compute surfactant delivery into realistic asymmetric conducting airway trees of rat lung. The roles of dose volume, flow rate, and multiple aliquot deliveries are investigated. We find that our simulations of surfactant delivery in rat lungs are in good agreement with experimental data. In particular, we show that the monopodial architecture of the rat airway trees plays a major role in surfactant delivery, contributing to the poor homogeneity of the end distribution of surfactant. We also observe that increasing the initial dose volume increases in a nonlinear way the amount of surfactant delivered to the acini after losing a portion to coating the involved airways, the coating cost volume. Simulations of delivery in pig lungs exhibit the same general features, but our model demonstrates that SRT is very sensitive to the lung size. Surface tension and gravity effects do not scale similarly, and the end distribution can become highly nonhomogeneous at smaller flow rates or small dose volumes.Finally, in the human lung, our model shows that the failure of SRT in adults could, in fact, have a fluid mechanical origin that is potentially reversible. The coating cost is predicted to increase in adult lungs, enhancing the nonlinearity of the delivery process. This effect can be countered either by instilling the surfactant mixture at a smaller flow rate (but then the distribution is highly nonhomogeneous) or by using a larger dose volume. In addition, our results show that, even if sizes are comparable, the very different geometrical structures of pig and human lungs do not permit a direction translation of experimental results in pigs to humans, and that a reliable mathematical model of the delivery is absolutely crucial if one wants to predict the efficacy of SRT from animal models.In conclusion, this thesis provides a tool for predicting surfactant delivery in animals and humans, for understanding how to build animals models of SRT, and finally for engineering and optimizing patient-specific surfactant delivery in complex situations.

When entering a planet’s atmosphere, spacecraft induce a strong compression shock and must be protected from the resulting extreme heat flux by a thermal protection system made of either reusable or ablative materials. To characterise these materials, the harsh flow conditions of atmospheric entry are reproduced in plasma wind tunnels, where a jet of gas heated up to ionisation is directed at material samples for prolonged testing. Unfortunately, heated jets exhibit complex dynamic behaviours, resulting in oscillations that increase the uncertainties in the experiments.At sufficient Reynolds numbers, the dynamic behaviour of heated jets shifts from an amplifier to a self-sustained oscillator type via a Hopf bifurcation, if the centreline-to-ambient density ratio falls below a given threshold. This change is known in the literature to be related to the onset of absolute instabilities in the flow. However, this type of instability is usually studied for a simplified description of the gas, which is not suitable for the case of a plasma wind tunnel.This doctoral work investigates the nature of the instabilities responsible for the oscillations observed in a plasma jet, similar to the one in the VKI Plasmatron facility. The analysis is carried out by comparing results from different numerical methods, including linear stability analyses (both local and global) and direct numerical simulations. The thesis first describes the effect of high-temperature gas models on the stability of synthetic jets found in the literature, before analysing the case of Plasmatron.The analysis of synthetic jets with real-gas effects shows that the onset of the first dissociation reactions in the flow has a strong influence on the prevailing type of instability. Furthermore, if a sufficiently long region of absolute instability is present in the jet, the flow bifurcates to a periodic limit cycle, and steady state solutions become inadequate to describe the flow and its dynamic behaviour. In this case, a stability analysis of the time-averaged state can accurately reproduce the results of direct numerical simulations. In the case of Plasmatron, a large region of absolute instability is revealed in the plasma jet, suggesting that the observed oscillations are caused (in part) by a global non-linear mode and that the flow has entered a limit cycle. Trends of the absolute instability frequency with respect to the driving parameters of Plasmatron are in agreement with experimental observations.The present work confirms that global stability features of heated jet flows are very sensitive to subtle changes of the undisturbed or time-averaged state, which results from technological constraints in the case of Plasmatron. Furthermore, this thesis has shown the relevance of including high-temperature gas effects in the stability analysis of high-enthalpy jets. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'objectif de ces travaux est de déterminer l'atténuation des effets d'une explosion sous-marine par un rideau de bulles. Dans ce cadre, une modélisation de la propagation d'un chocdans les liquides à bulles a été développée, basée sur une technique de transition d'échelles.Cette méthode permet la formulation de modèles continus de liquides aérés, dont la mise enoeuvre est aisée et rapide. Nous avons d'abord développé une modélisation pour des liquidesdiphasiques au sein desquels les bulles sont régulièrement réparties dans l'espace, avant deproposer une extension de ce modèle au cas des liquides à bulles présentant des hétérogénéitésde porosité sous la forme d'amas sphériques de bulles. Un modèle de fragmentation des bulleslors du passage du choc a également été développé, basé sur une analyse linéaire de stabilitédes bulles. L'étude a permis d'établir un critère prédictif de fission et de déterminer le nombrede fragments associés. L'ensemble des modélisations proposées a fait l'objet de comparaisonsavec des résultats expérimentaux issus de la littérature. La concordance entre résultats d'essaiset résultats issus de la modélisation démontre les capacités prédictives de l'approche proposée.Cette modélisation a enfin été appliquée au cas de rideaux de bulles soumis à une explosionsous-marine. Une étude de sensibilité sur les paramètres physiques du rideau a été menée, eta permis de confirmer les tendances expérimentales : sous certaines conditions, la dispositiond'un rideau de bulles sous l'eau permet de diminuer de façon très conséquente l'énergie duchoc transmis en aval du rideau. / The present work deals with the modelling of shock wave propagation in bubbly liquids, inorder to assess the damping of underwater explosion by bubble curtains. The modelling is basedon a scale transition technique, which allows to formulate efficient continuum models of bubblyliquids. A modelling of homogeneous bubbly liquids has first been proposed, then extended tothe case of liquids with spherical bubble clusters. A modelling of bubble fragmentation duringshock propagation has also been developed, based on a stability analysis of the bubbles. Thisstudy enables us to establish a criterion for bubble fission and to determine the numberof fragments. The accuracy of the proposed models has been assessed through comparisonwith experimental data of the literature. The agreement between numerical and experimentalresults proves the predictive capabilities of the whole approach. The modelling has then beenapplied to the mitigation of UNDEX-induced shock wave by bubble curtain. A sensitive studyabout physical parameters of the curtain has been performed, and confirms the experimentaltendencies : the use of a bubble curtain can dissipate a significant part of the shock energy.

Afin de contribuer à l'amélioration des simulations numériques de foyers industriels avec recycle de gaz brûlés et combustible liquide, la modélisation de la combustion turbulente non prémélangée est abordée sous deux de ses aspects : le traitement des problèmes diphasiques et la prise en compte des configurations complexes de mélange (dilution, recirculation interne).Une flamme spray éthanol/oxygène diluée par du dioxyde de carbone est d'abord calculée en LES dans un formalisme Euler-Lagrange et une chimie détaillée pour une résolution atteignant 250 µm. Les conditions d'injection du brouillard de gouttes sont déterminées à partir de mesures expérimentales de granulométrie et d'anémométrie phase Doppler.Dans une seconde partie, un nouveau formalisme de description de la combustion turbulente, basé sur l'introduction de temps caractéristiques de l'histoire du mélange est développé, puis validé en LES sur le cas de référence d'une flamme jet dans un écoulement co-courant vicié. / As a contribution to the improvement of numerical simulations of industrial furnaces with flue gas recirculation and liquid fuel, two aspects of the non-premixed turbulent combustion modeling are addressed: the handling of two-phase problems and the treatment of complex mixing configuration, such as dilution and internal recirculation. An ethanol/oxygen spray flame is first solved in an LES, following an Euler-Lagrange formalism, with detailed chemistry and at a resolution reaching 250 µm. The spray injection conditions are determined from granulometry and Doppler-phase anemometry measurements. In a second part, a novel formalism to describe turbulent combustion is developed, based on the introduction of characteristic timescales of the mixing history. It is then validated on the reference case of a jet flame in a vitiated co-flow.