Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des écoulements diphasiques et triphasiques d'inclusions (bulles, gouttes, sphères) en milieux tant newtoniens que non newtoniens à l'échelle microscopique et mésoscopique, en utilisant la visualisation par une caméra rapide, la vélocimétrie par images des particules (PIV) ainsi que la micro-vélocimétrie par images des particules.<br /><br />Des bulles et des gouttes ont été étudiées expérimentalement depuis leur formation, en passant par leur déformation jusqu'à leur coalescence. La formation de bulles dans des micro-mélangeurs a été étudiée et caractérisée par l'obtention de champs de vitesses. Différents paramètres, tels que le cisaillement, la géométrie de la zone de formation, les débits ou encore les propriétés physiques ont été testés afin de développer des lois d'échelles. <br /><br />La traversée d'une interface liquide-liquide par une inclusion a été abordée par des expériences originales, permettant de décrire la dynamique du phénomène, de définir des nombres adimensionnels et de mettre en évidence des instabilités interfaciales. L'effet Weissenberg a également été étudié aux différentes échelles afin de comprendre les phénomènes conduisant à son amplification.<br /> <br />Enfin, en milieu viscoélastique et rhéofluidifiant, nous avons caractérisé l'écoulement autour d'une inclusion isolée solide par l'obtention de champs de vitesses. Ces résultats ont permis de confirmer l'origine viscoélastique du sillage négatif et de prédire ses caractéristiques.

L'interaction entre des lignes de contact et un écoulement hydrodynamique intervient dans de nombreuses situations industrielles ou fondamentales. Nous etudions la dynamique de gouttes ruisselantes, tout d'abord le long de leur axe de symétrie (Partie I) puis a trois dimensions (Partie II) en mesurant la distribution d'angle de contact autour de cette goutte par réfraction d'une nappe laser et le champ de vitesse a la surface. Nous montrons que la situation est localement à deux dimensions, dans la direction perpendiculaire à la ligne de contact. L'angle de contact ne dépend que de la vitesse de la ligne de contact mesurée perpendiculairement a elle-même, vitesse qui coïncide avec la vitesse locale du liquide, dont la composante tangentielle s'annule a la ligne de contact. Dans le cas de lignes singulières (en coin), ou deux normales coexistent en un point, nous montrons que le champ de vitesse est autosimilaire a l'approche de ce point. Nous abordons également (Partie III) la question des lignes de contact statiques dans un ecoulement à travers l' etude de la stabilité et de la forme de zones sèches dans un film liquide en écoulement. Nous montrons en particulier l'influence du mouillage sur ces objets et nous mesurons l'angle de contact tout autour de ces zones sèches. Nous montrons que la distribution d'angle de contact est, suivant l'histoire de la zone sèche, uniforme et bloquée a l'angle d'avancée (ce qui permet de construire des modèles simples) ou au contraire relativement désordonnée. Enfin nous mettons en évidence un phénomène encore non reconnu de stick-slip de la ligne de contact lorsqu'une goutte de suspension colloïdale en cours de séchage avance (interaction entre dépôt et hydrodynamique).

L'interaction entre des lignes de contact et un ecoulement hydrodynamique intervient dans de nombreuses situations industrielles ou fondamentales. Nous etudions la dynamique de gouttes ruisselantes, tout d'abord le long de leur axe de sym etrie (Partie I) puis a trois dimensions (Partie II) en mesurant la distribution d'angle de contact autour de cette goutte par r efraction d'une nappe laser et le champ de vitesse a la surface. Nous montrons que la situation est localement a deux dimensions, dans la direction perpendiculaire a la ligne de contact. L'angle de contact ne d epend que de la vitesse de la ligne de contact mesur ee perpendiculairement a elle-m^eme, vitesse qui co ncide avec la vitesse locale du liquide, dont la composante tangentielle s'annule a la ligne de contact. Dans le cas de lignes singuli eres (en coin), ou deux normales coexistent en un point, nous montrons que le champ de vitesse est autosimilaire a l'approche de ce point, Nous abordons egalement (Partie III) la question des lignes de contact statiques dans un ecoulement a travers l' etude de la stabilit e et de la forme de zones s eches dans un lm liquide en ecoulement. Nous montrons en particulier l'in uence du mouillage sur ces objets et nous mesurons l'angle de contact tout autour de ces zones s eches. Nous montrons que la distribution d'angle de contact est, suivant l'histoire de la zone s eche, uniforme et bloqu ee a l'angle d'avanc ee (ce qui permet de construire des mod eles simples) ou au contraire relativement d esordonn ee, En n nous mettons en evidence un ph enom ene encore non reconnu de stick-slip de la ligne de contact lorsqu'une goutte de suspension collo dale en cours de s echage avance (interaction entre d ep^ot et hydrodynamique).

L' écoulement d'un fluide sur une surface inclinée en conditions de mouillage partiel existe dans de nombreuses situations de la vie courante et dans des applications industrielles variées. A faible débit, des zones sèches stationnaires peuvent exister au sein d'un film en ruissellement, qui compromettent le fonctionnement de certains échangeurs de chaleur. Nous avons entrepris une etude expérimentale systématique de l' écoulement d'un film d'huile silicone sur un plan incliné convenablement traité pour obtenir un angle de contact statique fini. Nous montrons que des zones sèches stationnaires de forme bien définie et reproductible existent dans une certaine gamme de débit, et qu'elles sont supprimées au dessus d'un débit critique. Nous proposons une modélisation de ces phénomènes basés sur de subtils équilibres entre les effets de la gravité, de la viscosité et de la capillarité rendant compte des observations dans une large gamme de paramètres. Au premier ordre l' équilibre du bourrelet liquide délimitant une zone sèche résulte d'une compensation de son poids par les effets capillaires, et pour les forts angles de contact et des inclinaisons faibles du plan de l'écoulement, des effets secondaires liés à la courbure de la ligne de contact et à la pression hydrostatique dans le film jouent un rôle non négligeable et déterminent la stabilité du système. Nous avons également abordé le ruissellement de gouttes sur un plan incliné, pour lequel nous mettons en évidence l'existence de régimes d'écoulement variés. Suivant leur vitesse, les gouttes peuvent être ovales, pointues ou perlantes. Une interpr etation de l'existence du régime de gouttes pointues basée sur un modèle d'angle de contact dynamique est proposée. Enfin, nous présentons quelques résultats qualitatifs sur l'écoulement d'eau dans un faisceau de tubes tel qu'on en rencontre dans certains échangeurs de chaleur.

L'objectif de ce travail porte sur l'étude et la réalisation de résonateurs optiques à état liquide en microfluidique digitale. Les gouttes sphériques constituent des résonateurs à mode de galerie, dans lesquels la lumière peut être piégée par réflexion totale interne. A l'échelle microscopique, elles exhibent des propriétés optiques remarquables. Leurs facteurs de qualité très élevés en font notamment des objets propices à l'étude de phénomènes optiques non linéaires, tel l'effet laser, et leur confèrent un potentiel certain en spectroscopie. Par ailleurs, la microfluidique digitale, qui a trait aux systèmes multiphasiques dans des microcanaux artificiels, offre une grande liberté de manipulation des microgouttes : génération au kHz, transport, encapsulation, fusion, division, stockage, triage... Aussi, pour les laboratoires-sur-puce, le développement de ces microgouttes en cavités résonantes constitue une opportunité d'intégrer des outils d'analyse optique capables de sonder des échantillons allant du picolitre au nanolitre.Après un exposé des propriétés optiques des résonateurs à modes de galerie, ce mémoire rapporte les travaux réalisés. Une présentation des méthodes de microfabrication et du montage expérimental précède l'étude de la génération de cavités optiques liquides en dynamique. Ces cavités résonantes sont ensuite appliquées aux sources lasers microfluidiques. En particulier, un effet laser a été mis en évidence dans des microgouttes sphériques d'éthylène glycol contenant de la rhodamine 6G. Enfin, une ouverture sur des systèmes couplant microgouttes et cavités Fabry-Perot présente d'autres perspectives telles que l'analyse de gouttes passives en intravité laser ou bien la commutation rapide de la longueur d'onde d'émission de lasers microfluidiques monomodes.

L'utilisation d'algorithmes de vision permettrait d'élargir le domaine d'application des systèmes d'aide à la conduite à d'autres situations telles que : les scènes urbaines ou les conditions météorologiques dégradées. À cette fin, trois nouvelles applications sont étudiées dans cette thèse pour la pluie et les feux tricolores. La pluie est la condition météorologique dégradée la plus fréquente. Nous comparons les modèles physiques et photométriques existants pour la pluie et les gouttes de pluie. Lors d'une conduite en temps de pluie de jour, les gouttes sur le pare-brise diminuent considérablement la visibilité du conducteur. Lorsqu'elles sont vue par une camera embarquée standard celles-ci apparaissent défocalisées. Ainsi, nous proposons de détecter ces gouttes hors-focus en utilisant soit une approche par manque de gradients soit par l'évaluation locale du flou. Lors d'une conduite de nuit sous la pluie, ce sont les phares qui paradoxalement diminuent la visibilité car leur lumière est réfléchie par les gouttes vers le conducteur. Nous appuyant sur la conception d'un simulateur physique, nous proposons un éclairage adaptatif qui illuminerait la scène sans éclairer les gouttes qui tombent. Les résultats de notre simulateur et le premier prototype construit montre que l'idée avancée pourrait efficacement améliorer la visibilité générale d'une scène. D'autre part, nous étudions la détection et le suivi de gouttes de pluie à grande vitesse. Les feux tricolores ont un rôle crucial dans la compréhension des scènes urbaines. Bien qu'il existe déjà des systèmes de détection de feux tricolores, les algorithmes actuels ne fonctionnent que dans des conditions simples. Ainsi, nous avons développé un algorithme de détection de feux tricolores qui utilise une détection en niveau de gris des spots lumineux et une classification par reconnaissance de modèle. L'approche ainsi conçue est assez flexible pour détecter différents types de feux tricolores même avec une camera à faible dynamique. Notre proposition a été évaluée sur des séquences acquises en France, Chine et Suisse.

Dans ce mémoire, nous interrogeons le malaise que vivent certains immigrants en France : celui de ne pas réussir à s'intégrer à la culture en place, en dépit de nombreux efforts. Cette situation est dépeinte dans La goutte d'or de Michel Tournier, paru chez Gallimard en 1985. Le récit met en scène un jeune berger nommé Idriss, vivant dans une oasis du Sahara, qui quitte sa terre natale pour aller vivre à Paris. Le long de son voyage, Idriss s'est imprégné des différentes cultures qu'il a rencontrées. Dans le premier chapitre, nous introduisons les théories qui nous servent à analyser l'identité culturelle du personnage. La définition de la culture faite par Youri Lotman, sémioticien russe, nous permet de retracer les différentes cultures en jeu, un parcours culturel que nous détaillons dans le second chapitre. Nous pouvons également, grâce au concept de frontières optimisé par Rachel Bouvet, situer le personnage dans les cultures qu'il traverse : il se tient à la frontière, il est partagé entre plusieurs cultures. Il s'agit alors d'analyser son identité qui ne manque pas d'exprimer cette hybridité, analyse que nous menons dans le troisième chapitre. Afin de bien représenter le personnage principal, nous faisons appel à une conception, mise à jour par Amin Maalouf, qui concilie les particularités multiples de l'identité de chaque individu. En imbriquant dans une relation de cause à effet l'altérité et l'identité, à la manière de Gilles Thérien, nous nous penchons sur les rencontres qui jalonnent le périple du protagoniste. À travers la quête identitaire du personnage se joue un combat entre les cultures oasienne et française, chacune utilisant un langage sémiotique différent. La culture française est représentée par l'image : c'est en prenant sa photographie qu'une touriste française attire le protagoniste à Paris. Arrivé dans la métropole, il y découvre d'abondantes images qui ne lui correspondent pas. À l'opposé, la culture oasienne met de l'avant le signe, les formes abstraites. Entre ces deux pôles, le lecteur de La goutte d'or découvre l'occidentalisation erratique de la culture algérienne qui s'approprie par moment l'image. Déstabilisé par le monde occidental, Idriss se replie vers les immigrants et fait alors la découverte de la calligraphie, ce qui le soustrait au pouvoir aliénant de l'image. C'est en retrouvant le signe, écrit cette fois, qu'il trouve enfin son identité. Ce récit illustre le fait que dans le regard de l'immigrant, la profusion d'images est problématique: non seulement elles ne reflètent pas ce qu'il est, mais elles lui renvoient des possibilités douloureusement inatteignables. Ce qui permet de déterminer un manque important dans notre société : le commentaire de l'image. Cette dernière étape d'analyse nous amène à réconcilier les langages sémiotiques et les cultures dont ils sont l'apanage, à considérer que l'image doit être approchée par le biais du signe écrit ou sonore qui la rend inoffensive. C'est de cette façon que nous pouvons reléguer l'image au domaine de l'imaginaire, et nous tourner vers d'autres langages sémiotiques pour représenter l'individu. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Michel Tournier, La goutte d'or, Algérie, France, culture, identité, altérité, image, signe, photographie, calligraphie.

Les gouttes, les vésicules et les globules rouges sont des objets mous et déformables, structurés et de taille micrométrique (de 1 à 100 microns de diamètre). L'objectif de ce travail est de déterminer la participation de chaque paramètre mécanique des objets étudiés (tension de surface, élasticité, viscosité...) à partir de leur comportement sous écoulement. Nous avons choisi de nous intéresser tout particulierement à la réponse de ces objets sous écoulement confiné (ou semi-confiné) en utilisant une approche de type « microfluidique ». <br />La production de tensio-actif à la surface d'une goutte en mouvement influence sa forme et sa dynamique. L'étude détaille notamment les effets de la concentration et de la géométrie.<br />La mise au point de vésicules aux propriétés complexes modulables par l'action de la température est exposée. Nous avons aussi étudié l'impact de la transition sol/gel de la membrane lipidique de vésicules DMPC sur leur comportement sous champs externes (pression osmotique, écoulement...). <br />Dans le cas des globules rouges soumis à un cisaillement, deux types de mouvements sont connus : un mouvement de bascule et un mouvement de chenille de char. Nous avons mis en évidence l'existence d'un nouveau régime d'oscillations superposé au mouvement de chenille de char. Notre étude a également porté sur le comportement de globules rouges s'écoulant dans des canaux de dimension comparable a leur taille. Un diagramme de forme a été établi en fonction de la vitesse de l'objet, de la viscosité externe et de la section du capillaire. Nous avons développé un système mesurant la chute de pression associée au passage d'une cellule unique dans un canal de même dimension. Cette mesure permet notament de corréler le signal obtenu avec les propriétés physiques et mécaniques des objets étudiés. Nous avons illustré cette approche avec des globules blancs et des globules rouges. Nous nous sommes enfin intéressés au cas d'une suspension concentrée de cellules sanguines dans un écoulement pathologique: la thrombose.

La présente étude porte sur l'utilisation des forces de tension de surface créées par une mouillabilité hétérogène afin de faciliter l'évacuation des gouttes. La mouillabilité hétérogène de la surface solide permet le déséquilibre mécanique au niveau de la ligne triple des embryons de gouttes se formant à la paroi, entraînant ainsi leur déplacement. Théoriquement, l'hystérésis d'angle de contact a été négligée dans la plupart des études mettant en œuvre des gradients de mouillabilité, mais identifié comme ayant un rôle important sur le mouvement. Nous avons développé par conséquent un modèle dynamique qui prend en compte explicitement l'hystérésis d'angle de contact et une comparaison avec des données expérimentales de la littérature a été effectuée. Le transfert de masse a été par la suite ajouté à ce même modèle pour comprendre l'effet d'un gradient de mouillabilité sur les transferts de chaleur en régime de condensation en gouttes. L'analyse quantitative des résultats théoriques montre que l'hystérésis réduit fortement les vitesses de déplacement de la gouttelette. De plus, il a été montré que les transferts sont nettement plus intenses dans la phase de croissance que pendant la phase dynamique. L'intérêt consiste donc à réduire au maximum la taille de la goutte évacuée afin de permettre à la fois une densité et fréquence élevée de nucléation. Parallèlement à cette approche théorique, un dispositif expérimental a été développé pour étudier la condensation de la vapeur d'eau sur une surface avec gradient de mouillabilité. Les résultats expérimentaux ont mis en évidence la faculté du gradient de mouillabilité à maintenir un régime de condensation en gouttes plutôt qu'un régime en film. L'occurrence de la nucléation et du grossissement de gouttes de petites dimensions, phase durant laquelle les transferts de chaleur sont importants, est largement favorisée par une évacuation rapide des gouttes. / The present work deals with the use of surface tension forces induced by heterogeneous wettability to solve this problem. It is considered that heterogeneous wettability of a solid surface enables the mechanical non-equilibrium of the drop embryos forming at the wall. Theoretically, contact angle hysteresis has been neglected in most of the studies about wettability gradients but recently found to be a major phenomenon deserving attention. Therefore, we developed a dynamic model that explicitly takes into account the contact angle hysteresis. Results of this model were compared with experimental data found in the literature. Subsequently mass transfer was added to this same model in order to understand the effect of a wettability gradient on heat transfer during dropwise condensation process. Quantitative analysis of the results showed that the theoretical hysteresis greatly reduced the droplet velocity. In addition, the model identified the importance of spatial heterogeneities of contact angle hysteresis on the dynamic behavior of the drop. Finally the heat transfers during the growth phase proved to be much more intense than during the dynamic phase. The interest is therefore to minimize the size of the droplet removed to enable both high density and nucleation frequency. The theoretical results analysis showed that such surface energy gradient enhances the transfers. Simultaneously with this theoretical approach, an experimental setup has been developed to study the effects of wettability surfaces when water vapor condensation occurs. Experimental results revealed the ability of wettability gradient to maintain a dropwise condensation regime rather than a filmwise regime. The occurrence of nucleation and growth of small droplets, that involve important heat transfer rate, is widely promoted by the fast droplet removal.

Le phénomène de dispersion/fragmentation du corium reste un des éléments les plus complexes et incertains de la modélisation d’un accident nucléaire. Afin de valider les modèles de sous-maille actuellement implémentés dans le logiciel MC3D (développé à l’IRSN), une expérimentation sans explosion de vapeur a été imaginée. Il s’agit d’un jet de métal liquide à bas point de fusion (métal de Field) interagissant avec de l’eau stagnante dans une cuve de large dimension. Cette thèse comporte deux volets ; le premier porte sur l’étude de la fragmentation dite secondaire d’une goutte isolée de métal de Field, à bas nombre de Weber. Dans ce but un dispositif expérimental GaLaD (générateur de goutte à la demande) a été conçu par nos soins. Cette partie a permis de faire une revue de littérature sur la fragmentation liquide-liquide, avec une comparaison quantitative de la fragmentation secondaire des gouttes uniques dans le cas liquide-liquide et dans le cas gaz-liquide. Le second volet concerne l’étude d’un jet de métal de Field, le dispositif GaLaD a pu être modifié de façon à pouvoir générer de petits jets de métal liquide dans l’eau. Les résultats obtenus ont permis une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeu avec un modèle d’entrainement diphasique pour modéliser le jet. Dans le cadre de cette thèse, un dispositif expérimental supplémentaire désigné par JaLaD est développé. Dans la suite, ce dispositif sera dédié à l’étude des jets dans l’eau et doit nous permettre de réinterpréter les données d’expériences classiques via de nouvelles mesures innovantes / The phenomenon of dispersion/fragmentation of corium remains one of the most complex and uncertain elements of nuclear accident modeling. In order to validate the sub-mesh models implemented in the MC3D software (developed by IRSN), an experiment without vapor explosion has been conceived. It consists of a low-melting liquid metal jet (Field metal) interacting with a stagnant water in a large tank. This thesis is divided into two parts ; the first one is related to the study of the so-called secondary fragmentation of an isolated drop of Field’s metal, for low Weber number. To this end, we designed an experimental device, GaLaD (drop-on-demand droplet generator). In this part, a literature review on liquid-liquid fragmentation is conducted with a quantitative comparison of the secondary fragmentation for a single drop in the liquid-liquid and the gas-liquid cases. The second part concerns the study of a jet of Field’s metal. For this purpose, GaLaD was modified, so as to be able to generate small jet of liquid metal in water. The obtained results allowed a better understanding of the physical phenomena involved in two-phase turbulent jet fragmentation. In the framework of this thesis, an additional experimental device designated by JaLaD is developed. Subsequently, this device will be dedicated to the study of metal jet in water and must allow us to reinterpret the data of classical experiments via new innovative measurement techniques