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Le système respiratoire est très complexe de par sa structure fractale qui induit des physiques très différentes. Les bouchons liquides caractéristiques de certaines maladies comme la mucoviscidose, les bronchites chroniques ou l’asthme résultent de l’accumulation de mucus dans les voies pulmonaires. Comprendre les mécanismes à l’œuvre lors de l’écoulement de ces bouchons lors d’un cycle respiratoire est donc primordial pour améliorer notre compréhension et le traitement de ces pathologies. Nous présentons dans cette thèse une première étude théorique et expérimentale de la dynamique de ces bouchons liquides dans des tubes capillaires rigides soumis à des forçages unidirectionnels et cycliques. Nous avons développé au cours de ce travail un modèle simplifié permettant de reproduire quantitativement les dynamiques observées, de comprendre la physique sous-jacente et d’identifier les sources d’instabilités qui entraînent la rupture d’un pont liquide. Ce modèle nous a permis de déterminer les pressions critiques nécessaires à la réouverture des voies pulmonaires. Ensuite, nous nous sommes intéressés à la dynamique des ponts liquides dans des tubes rectangulaires. Nous avons identifié de nouveaux régimes qui n’apparaissent pas dans les géométries cylindriques, et en particulier un régime d’oscillation stable sous forçage en pression périodique. Enfin nous nous sommes intéressés à la dynamique cyclique de ponts liquides dans des réseaux synthétiques en arbres. Nos premiers résultats montrent que les ponts qui ne sont pas détruits lors du premier demi-cycle persistent très longtemps dans les voies et oscillent de manière cyclique dans une génération jusqu’à leur rupture. / Owing to the complexity of the respiratory system, the mechanism of breathing is not well understood, especially in pathological conditions when airways are obstructed by mucus. The presence of liquid plugs resulting from the accumulation of mucus in the bronchial tree is a characteristic of genetic diseases like cystic fibrosis or chronic diseases like asthma or chronic bronchitis. Thus, understanding the dynamics of these plugs during the breathing cycle is essential to improve our understanding of those diseases. In this thesis, we study experimentally and theoretically, the dynamics and rupture of liquidplugs under unidirectional and cyclic forcing in a rigid capillary tube. We develop a reduced dimension model, which quantitatively reproduces the observed dynamics, unveil the underlying physics and in particular the sources of the plug instability leading to its rupture. From this model, we are able to derive the critical pressure magnitude required to reopen obstructed pathways. Then we investigated the cyclic dynamics of liquid plugs in rectangular channels, a geometry of the utmost interest for microfluidic systems. In this case, we show that under cyclic pressure forcing, two regimes can be observed depending on the values of the capillary number: one leading to the rupture of the plug and one to stable cyclic oscillations.Finally, in the last part of this work, we study experimentally the cyclic forcing of liquid plugs in tree structures mimicking the geometry of intermediate generation of the lung. These preliminary results show that plugs not ruptured during the first half cycle persist in the airways for a long time and oscillate until their rupture.

Depuis la fin du Pléistocène, l’évolution des conditions environnementales et les pratiques anthropiques ont influencé les dynamiques morpho-sédimentaires des bassins versants du Nord-Ouest européen. Les petits hydrosystèmes sont particulièrement sensibles à ces évolutions qui s’expriment dans les archives sédimentaires. La démarche adoptée confronte les données des géosciences, de l’archéologie et de la géomorphologie, pour appréhender les interrelations Homme/climat/environnement durant l’Holocène en Normandie. En étudiant les archives pédo-sédimentaires de trois sites archéologiques des plateaux aux fonds de vallée, l’objectif est de discriminer les forçages climato-anthropiques pour chaque épisode d’érosion/sédimentation. L’étude des plateaux normands à Villers-Ecalles dévoile une intense troncature érosive des luvisols holocènes à la fin de La Tène. Les colluvions stockées en fond de vallon soulignent la continuité des dépôts et l’intensification de l’érosion à l’époque moderne. Les archives sédimentaires de Brionne, en pied de versant, ont révélé la séquence Tardiglaciaire et la diagenèse tufacée du début de l’Holocène. La séquence holocène d’une vallée littorale, la Scie, permet de reconstituer son évolution diachronique, les dynamiques morpho-sédimentaires et l’évolution du couvert végétal. L’étude des sites met en évidence la synchronicité de certains événements, malgré des épisodes parfois locaux. Les schémas d’évolution s’inscrivent dans le contexte bien documenté du Bassin parisien. La comparaison des séquences témoigne de la complexité des réponses aux interactions Homme/milieu et d’une mosaïque de pression anthropique différentielle pendant l’Holocène. / Since the end of the Pleistocene, the variations of environmental and anthropic conditions influenced the morpho-sedimentary dynamics of North-Western european catchments. The small hydrosystem are very sensitive to these evolutions, recorded in sedimentary archives. Our approach confronts geoscience, archaeology and geomorphological data, in order to apprehend the interrelationships between Human activity, climate and environment during the Holocene in Normandy. By studying the sedimentary archives from three settlements, from the plateau to the valleys, our aim is to discriminate climato-anthropic forcing for each episode of erosion and sedimentation. The three sites, located in small catchments, give pedo-sedimentary references for each geosystemic unit. The study a loessic plateau shows an intense erosion of Holocene luvisol since the end of La Tene period. The colluvial deposits, accumulated in a dry valley show the continuity of detrital sedimentation, and the intensification of erosional processes during modern times. At the bottom of a slope, the study of Brionne’s sedimentary archives reveals the Late Glacial sequence and the tufa diagenesis at the early Holocene. The Holocene sequence on a small coastal valley, la Scie, allows to reconstruct its diachronical evolution, the morphosedimentary dynamics and the landcape evolution. The diachronical evolution of these three sites shows the synchronicity of events, even if some ones appear to be local. These data enter in the well-documented context of the Paris Basin. Comparing those sequences has revealed the spatial and chronological complexity of the landscape responses to the human and climate forcing.

L'apparition de structures spatiales est un phénomène universel. En optique non linéaire, générer des structures transverses et contrôler leur dynamique est important non seulement d'un point de vue fondamental mais aussi d'un point de vue des applications. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette logique de caractérisation et manipulation des structures spatiales optiques, engendrées dans une expérience de valve à cristaux liquides. Une première partie est consacrée aux effets de forçages spatiaux sur la propagation de fronts, induits avec un modulateur spatial de lumière. Une étude unidimensionnelle, incluant des comparaisons avec des modèles analytiques et des résultats numériques, montre l'existence d'une région d'agrafage à l'intérieur de laquelle des états localisés de taille différente peuvent être générés. Une extension à deux dimensions est aussi présentée pour différentes géométries du forçage spatial. La seconde partie s'intéresse aux effets d'une rétroaction non locale sur les structures localisées, apparaissant en présence simultanée de diffraction et d'interférence de polarisation. Dans le cas d'un effet de translation, un phénomène d'advection des structures est observé, associé à l'apparition de singularités de phase dans leur sillage. Au-delà d'un certain taux de translation, un autre régime est atteint avec une périodicité le long de la direction de translation. Dans le cas où rotation et translation sont présentes simultanément, les modes d'auto-organisation des structures localisées présentent des analogies avec certains modes de croissance des végétaux. L'influence des différents paramètres, dont la rotation, est caractérisée sur les motifs obtenus.

Ce travail de thèse est une étude multi-échelles de temps de la morphodynamique d'une île barrière soumise à des conditions de forçages paroxysmaux de mousson, de tempêtes tropicales et de typhons. Cette étude se concentre dans un premier temps, sur un large travail de terrain effectué dans le cadre du projet KUN-SHEN. Sept mois de mesures (de novembre 2011 à janvier 2012 et de mai à septembre 2012) ont permis l'acquisition d'un jeu de données inédit dans la littérature, exhaustif et de haute résolution temporelle et spatiale. Des mesures hydrodynamiques du large jusqu’à la zone de jet de rive ont été acquises en parallèle d'un suivi topographique de la plage émergée. Les mesures de vagues ont été acquises à partir d'une bouée au large, de deux houlographes-courantomètres en avant-côte (mesures en continu à 2 Hz) ainsi que de pressiomètres enfouis dans la plage sub-aérienne (mesures en continu à 5 Hz). Les levés topo-bathymétriques ont été réalisés au D-GPS (résolution centimétrique) une fois par semaine pendant la saison de mousson et juste après et avant chaque événements de tempêtes extrêmes pendant la saison des typhons. Le travail d'analyse cible ensuite la morphodynamique de la zone de jet de rive et de la plage émergée sur un panel d’échelles spatio-temporelles allant de l'instantanée à annuelle. A l’échelle instantanée, ce sont les variations d’élévation de la surface libre de l'eau et du lit sableux (quelques secondes) qui sont observées au cours de chacune des phases (montant, apex, tombant) de la tempête tropicale Talim (juin 2012, Hs = 10.34 m et Ts = 14.6 s). Pour le même événement de tempête, la réponse morphologique de toute la plage émergée est ensuite décrite et quantifiée dans le détail à l’échelle événementielle (quelques jours). Les bilans sédimentaires de chacune des saisons sont ensuite quantifiés dans le but de caractériser la dynamique saisonnière (quelques mois) à annuelle d'une barrière sableuse soumise à deux types de forçages extrêmes différents (mousson/typhons). L'impact sur le front de plage, des groupes de tempêtes faibles à modérées pendant l'hiver est ainsi comparé à l'impact des tempêtes extrêmes pendant l'été. On souligne finalement 1) l'importance d'un jeu de mesures in-situ de bonne qualité dans un travail d'analyse morphodynamique, 2) l'essentialité de l’emboîtement des échelles spatio-temporelle ainsi que 3) le rôle du profil morphologique héritée dans la réponse morphologique d'une plage émergée lorsqu'elle est soumise à des conditions de forçages de vent et de vague extrêmes. / This work focuses on a multi-scale analysis of a sand barrier morphodynamics exposed to paroxysmal forcings of monsoon, tropical storms, and typhoons. The study provided a large dataset of in-situ measures acquired in the framework of the KUNSHEN project. Seven months of field work (from November 2011 to January 2012 and from May to September 2012) provided a new, exhaustive and hight resolution measures. Measures of hydrodynamic conditions from offshore to the swash zone are acquired as well as high frequency topographic surveys of the emerged beach. Waves monitoring are from an offshore buoy, two current profilers in the shoreface (continuous measures at 2 Hz) and pressure sensors buried in the sub-aerial beach (continuous measures at 5 Hz). The topo-bathymetric surveys were acquired using D-GPS (centimetric resolution) one time a week during winter season of monsoon and just before and after each extreme storm during summer season of typhoons.Then, analysis focus in the morphodynamics of the swash zone and the emerged beach on a range of scales from instantaneous to one year. At the instantaneous scale, we analyze variations of the water surface fluctuation and sand bed elevation (seconds) during each phases (rising, apex and falling) of the Talim tropical storm (June 2012, Hs = 10.34 m and Ts = 14.6 s). Concerning the same storm, we characterize the morphologic changes of the whole emerged beach at the evenemential scale (days). Sand balances of each seasons are quantified in order to characterize the dynamics from seasonal scale (months) to annual scale of a sand barrier driven by two types of extreme forcings (monsoon/typhoons). On the beach-front, impact of groups of winter weak storms is compared to the impact of extremes tropical storms and typhoons. To conclude, we highlight 1) importance of in-situ measures in morphodynamic studies, 2) the major role of scales stacking and 3) the role of herited beach profile in the morphologic responses of the emerged beach driven by extremes forcings of wind and wave.

L’érosion mécanique des surfaces continentales, ou "détritisme", résulte du forçage climatique mais peut être amplifiée par le forçage anthropique. Cette érosion des sols, et sa compréhension, représentent aujourd’hui un questionnement sociétal majeur. Le présent travail s’est donc intéresse aux relations étroites liant climat, Homme et détritisme, dans les environnements continentaux holocènes. Associée à une démarche analytique multiparamètres, couplant quantification et modélisation de l’érosion des sols, l’étude intégrée et la comparaison de différents systèmes lacustres d’Europe occidentale, d’altitude et de piedmont, alpins et pyrénéens, a permis d’obtenir les informations suivantes. A long terme, la bipartition climatique Holocène (Optimum Climatique/Néoglaciaire) s’illustre par une augmentation de l’humidité, généralisée en Europe occidentale, et de l’ordre de 800 mm/an dans les Alpes françaises. Cette transition résulterait d’un relais entre le forçage solaire et le couplage océan/atmosphère. A court terme, l’Holocène est ponctué de périodes plus humides ou plus sèches, synchrones a l’échelle de l’Europe occidentale, et culminant avec le Petit Age Glaciaire. La présence humaine est d’abord mise en évidence dans les systèmes de piedmont et est synchrone a l’échelle des Alpes (Néolithique). Elle parait plus tardive dans les sites de haute altitude (Age du Bronze). L’implantation humaine en altitude et en piedmont est régulée par l’accessibilité aux sites, mais également par des rétroactions climatiques négatives. En piedmont, ces rétroactions négatives ne sont effectives que jusqu’à l’Age du Fer. Si le détritisme est dans un premier temps principalement controlé par le climat, il subit les conséquences de l’anthropisation des le Néolithique dans les Préalpes. Cette anthropisation est limitée aux systèmes de piedmont, ou elle explique jusqu’à 50% de l’érosion des sols, notamment pendant l’Age du Bronze, l’Age du Fer et le dernier siècle. / The mechanical erosion of continental surfaces, or “detritism”, results from climatic forcing, but can be amplified by the anthropogenic one. Today, soil erosion represents therefore one of the major issue. The present work is thus focused on the interactions linking climate, human impacts and detrism, on Holocene continental environments. Associated with a multiparameter analytical approach, combining the quantification and the modelisation of soil erosion, the integrative study and the comparison of different lacustrines archives from Western Europe provide the following informations. At long time scale, the transition out of the Holocene Thermal Maximum towards the Neoglacial period is defined by the progressive establishment of a wetter climate within Western Europe. In Western French Alps, this is more particularly characterized by an increase of 800 mm per year of the mean annual precipitation. Human presence is first detected throughout the piedmont plain, and is synchronous across the Alps (Neolithic period). Human settlements are regulated by the accessibility, but also by negative climate feedbacks, at least up to the Iron Age. Over the Holocene, soil erosion is thereby mainly controlled by the climate but is also influenced by the human activities wihtin the piedmont plain, since the Neolithic period. This anthropogenic pressure explains up to 50% of the soil erosion quantified into the lacustrine archives from the French Prealps. It is more particularly important during the Bronze Age, the Iron Age and the modern period.

La banquise Antarctique joue un rôle important sur les flux de chaleur et les échanges de gaz à l'interface océan-atmosphère, sur la circulation océanique globale, sur l'albédo et la productivité primaire de l'Océan Austral. Cependant, du fait de son éloignement et d'un climat extrême, cette région reste à ce jour encore peu étudiés, et représente un verrou pour les modèles prédictifs du climat. De plus, de récentes observations ont montré que le continent Antarctique présente des tendances régionales, dont les causes et les mécanismes sont encore mal compris. Les reconstructions paléoclimatiques de températures tendent à montrer que ces disparités régionales ont également caractérisé la période Holocène. L'Holocène tardif représente la période sur laquelle le réchauffement récent se produit et est également caractérisée par des variations climatiques rapides généralement de plus faibles amplitudes. Afin de mieux évaluer ces changements, l'étude fine des conditions environnementales passées en Antarctique au cours de l'Holocène tardif est essentielle afin d'isoler la part de variabilité climatique naturelle de la part anthropique. Bien qu'un vaste réseau de carottes de glace en Antarctique constitue une base d'informations robuste sur la variabilité atmosphérique passée dans l'Hémisphère Sud, l'étude des conditions paléocéanographiques est contrainte dans la région par le nombre limité d'enregistrements sédimentaires marins,et qui de plus, tendent à être de faible résolution, trop courts ou discontinus. Notre étude porte sur la zone marginale du plateau de la Terre Adélie-Georges V en Antarctique de l'Est, qui a reçu peu d'attention jusqu'à présent, malgré la présence de séquences sédimentaires très épaisses et laminées, permettant la reconstruction fine des variations climatiques passées. Nos travaux ont été réalisés à partir de plusieurs enregistrements sédimentaires marins, couvrant la période instrumentale et jusqu'aux deux derniers millénaires. Nos résultats montrent que les assemblages de diatomées, les biomarqueurs spécifiques des diatomées, ainsi que de la géochimie élémentaire du sédiment traduisent efficacement des variations océanographiques et climatiques locales et aussi régionales à l'échelle interannuelle à centennale. La dynamique couplée océan-atmosphère en lien avec les modes climatiques principaux de l'Hémisphère Sud, ainsi que la dynamique glaciaire constituent les mécanismes de forçage majeurs des changements du couvert de banquise au court de l'Holocène tardif. / Antarctic sea ice has large impacts on the heat and gas transfers between the ocean andthe atmosphere, on the global oceanic circulation, on the Earth albedo and on theprimary productivity of the Southern Ocean. However, because of its remote and icecoveredlocation, the climate of the Antarctic continent and of the Southern Ocean isstill poorly studied and constitutes a challenge for climate model predictions. Recentobservations highlighted opposite patterns of climate variability between Western andEastern Antarctica, but poorly resolved the mechanisms and forcing involved.Reconstructions of temperature signals indicate that regional disparities have persistedover the Holocene period. The Late Holocene period includes the recent climate change(so-called modern global warming) as well as preceding rapid climate variabilitiesthough of lower amplitude. Achieving paleoenvironmental reconstructions in theAntarctic region at high temporal resolution over this period therefore offers theopportunity to improve the understanding of climate changes in response to bothnatural and anthropogenic forcing. While paleoenvironmental records obtained from icecores provide robust information on the past atmospheric conditions over Antarctica,the paleoceanography of the nearby ocean is constrained by a limited set of rather lowresolution, discontinuous records from sediment cores. Our study focuses on themarginal zone of the Adélie-Georges V Land, East Antarctica, a region which has beenpoorly studied so far, despite the presence of thick and laminated sedimentary depositsthat allow accurate and high resolution paleoclimate reconstructions. Our work is basedon several marine sedimentary records, made of diatom oozes and covering theinstrumental period to the last 2,000 years. Our results show that diatom assemblages,diatom specific biomarkers (HBI) and elemental geochemistry in the sedimenteffectively testify of local but also regional oceanographic and climatic variations atdecadal to centennial scales. Coupled atmospheric and oceanic dynamics linked to majorclimate modes of the Southern Hemisphere, along with glacial dynamics constitutemajor forcing mechanisms of ice covered changes during the late Holocene.

Résumé La plage du Clipon est une plage artificielle de 13 km de long, créée à partir des années 1960, suite à l'extension du Port de Dunkerque. Notre étude est basée sur une approche multi-échelle : une échelle temporelle s'étendant du demi-siècle à la période d'une marée, et l'échelle spatiale allant de l'analyse de la dynamique morphologique de l'ensemble de la plage (104 m) à l'examen des processus morphosédimentaires au niveau de formes élémentaires comme les barres intertidales (101 - 102 m). L'analyse à grande échelle concerne (1) les variations du trait de côte lors des différentes phases d'extension du port, et suite aux travaux d'extension à l'aide d'un suivi chronoséquentiel de photographies aériennes verticales, (2) l'évolution de la bathymétrie proche de la côte au cours des aménagements portuaires et suite à ces aménagements, ainsi que (3) la modélisation de la propagation des houles sur des bathymétries datant de différentes époques, ce qui a permis d'apprécier la variabilité dans le temps de l'impact potentiel des houles à la côte au fur et à mesure que les fonds se sont modifiés. Plusieurs campagnes de mesures hydrodynamiques, topométriques et de transport sédimentaire ont été effectuées de 2003 à 2007 dans le but de mieux comprendre la morphodynamique de la plage. Les données de houle et de courant obtenues sur l'estran et dans les petits-fonds ont été utilisées conjointement aux données météorologiques pour réaliser une analyse de l'hydrodynamique du système côtier. Cette analyse a mis en évidence la dominance des courants de flot, dirigés vers l'est, mais aussi l'existence d'un contre-courant associé à la présence de la jetée est de l'avant-port. Les résultats de l'analyse morphométrique de l'estran montrent une grande variabilité spatiale de la forme générale et de la largeur de la plage. A l'échelle annuelle, l'avant-plage proche subit une érosion pouvant atteindre 0,3 mètre par an. Le suivi mensuel des profils de plage a permis d'observer la réaction des différentes zones morphologiques de l'estran face aux conditions rencontrées pendant les campagnes de mesure : lissage de l'estran lors des périodes de forte énergie et développement et migration des barres vers le haut de plage par temps plus calme. L'analyse des transports sédimentaires potentiels montre un transport faible dirigé essentiellement vers l'est lors des périodes de temps calmes. Les transports les plus importants s'effectuent principalement lors de conditions de forte énergie, pendant lesquelles le vent peut fortement renforcer les courants tidaux et les courants de houle. Lors des conditions de fortes agitations de secteur nord, un courant d'undertow se met en place sur l'ensemble de la plage entraînant un déplacement des sédiments vers le bas de plage et l'avant-plage. L'ensemble des résultats recueillis permet de définir la plage du Clipon comme une cellule sédimentaire quasi-fermée montrant une tendance vers un bilan sédimentaire négatif.

Cette thèse représente une étude pluridisciplinaire des dépôts actuels et anciens dans la<br />partie orientale du Golfe de Cadix afin d'améliorer la compréhension de la dynamique de la<br />MOW et de caractériser les forçages à l'origine des variations sédimentaires observées depuis<br />le Pléistocène terminal. Le schéma de circulation actuel est parfaitement conforme à la<br />distribution des faciès sédimentaires et montre l'omniprésence des cicatrices de glissement.<br />La morphologie du fond marin et la force de Coriolis exercent un contrôle important sur<br />l'orientation et l'intensité des différentes branches de la MOW. La diminution de la vitesse et<br />de la compétence de cet écoulement vers l'Ouest s'accompagne d'une diminution de la<br />granularité des dépôts. L'étude chronostratigraphique et sismique permet de contraindre dans<br />le temps et l'espace la mise en place des séquences contouritiques. Le climat est un facteur de<br />contrôle majeur de la sédimentation des 50 000 dernières années. Associées aux fluctuations<br />climatiques hautes fréquences, les variations glacio-eustatiques apparaissent responsables du<br />changement important des conditions de sédimentation mis en évidence dès l'entrée dans<br />l'interglaciaire actuel. Enfin, la mise en place polyphasée des systèmes chenal-lobes situés au<br />débouché des chenaux contouritiques montre l'interaction entre les processus contouritiques<br />et les processus gravitaires. L'activité de ces systèmes paraît contrôlée par la MOW, la<br />morphologie du fond et les changements climatiques ayant affecté le Quaternaire terminal.

L'érosion mécanique des surfaces continentales, ou "détritisme", résulte du forçage climatique mais peut être amplifiée par le forçage anthropique. Cette érosion des sols, et sa compréhension, représentent aujourd'hui un questionnement sociétal majeur. Le présent travail s'est donc intéresse aux relations étroites liant climat, Homme et détritisme, dans les environnements continentaux holocènes. Associée à une démarche analytique multiparamètres, couplant quantification et modélisation de l'érosion des sols, l'étude intégrée et la comparaison de différents systèmes lacustres d'Europe occidentale, d'altitude et de piedmont, alpins et pyrénéens, a permis d'obtenir les informations suivantes. A long terme, la bipartition climatique Holocène (Optimum Climatique/Néoglaciaire) s'illustre par une augmentation de l'humidité, généralisée en Europe occidentale, et de l'ordre de 800 mm/an dans les Alpes françaises. Cette transition résulterait d'un relais entre le forçage solaire et le couplage océan/atmosphère. A court terme, l'Holocène est ponctué de périodes plus humides ou plus sèches, synchrones a l'échelle de l'Europe occidentale, et culminant avec le Petit Age Glaciaire. La présence humaine est d'abord mise en évidence dans les systèmes de piedmont et est synchrone a l'échelle des Alpes (Néolithique). Elle parait plus tardive dans les sites de haute altitude (Age du Bronze). L'implantation humaine en altitude et en piedmont est régulée par l'accessibilité aux sites, mais également par des rétroactions climatiques négatives. En piedmont, ces rétroactions négatives ne sont effectives que jusqu'à l'Age du Fer. Si le détritisme est dans un premier temps principalement controlé par le climat, il subit les conséquences de l'anthropisation des le Néolithique dans les Préalpes. Cette anthropisation est limitée aux systèmes de piedmont, ou elle explique jusqu'à 50% de l'érosion des sols, notamment pendant l'Age du Bronze, l'Age du Fer et le dernier siècle.