Les Globules Cométaires sont des petits nuages denses que l'on observe fréquemment dans l'environnement d'étoiles 0 - B dans les régions HI!. Ces nuages sont remarquables par leur bord brillant et leur structure cométaire. Le sujet de cette thèse est une étude de la formation et de l'évolution de ces objets d'un point de vue numérique, analytique et observationnel. Nous montrons que le mécanisme de photo-ionisation par les étoiles proches (Implosion Radiative) peut rendre compte à lui-seul de la formation des globules cométaires. Numériquement, il ressort que la séquence d'évolution comprend deux principales étapes: une phase d'implosion brève suivie de la phase cométaire communément observée, beaucoup plus longue. Bien que difficile à observer, seule la première phase possède une signature spectroscopique indiscutable de la photo-ionisation. Sous certaines conditions d'ionisation des instabilités de type Rayleigh-Taylor à petite et grande échelle se développent dans le front d'ionisation et conduisent éventuellement à la destruction des nuages. Tous les globules en phase cométaire apparaissent être soutenus contre la pression du milieu extérieur par un champ magnétique statique qui semble suivre la loi de Heiles. Une étude analytique montre que tous ces nuages sont gravitationnellement stables. Les cartes de brillance synthétisées à partir des modèles numériques reproduisent avec vraisemblance les morphologies observées de nuages cométaires. Des observations radio-millimétriques du globule CG7S dans la région HII S190 ont permis de tester de manière non-ambigüe le modèle d'Implosion Radiative. Les caractéristiques observationelles de CG7S sont en bon accord avec les prédictions du modèle et ont pu être reproduites numériquement de manière satisfaisante. CG7S apparaît comme un des tous premiers nuages pré-cométaires observés à ce jour.

Les systèmes qui se développent dans les roches carbonatées gardent une plus ou moins grande mémoire des épisodes responsables de leur recharge. Les études hydrodynamiques diachroniques (analyse des courbes de récession et ajustement à des lois mathématiques) ou l'exploitation statistique des données (étude des débits classés, analyse corrélatoire et spectrale) permettent de mettre en évidence cette mémoire et de la quantifier en termes de réserves. L'hydrochimie est aussi un outil très puissant pour l'étude de la mémoire du système, car elle permet, grâce à son aspect qualitatif, de préciser l'origine des masses d'eaux transitant par l'exutoire, et ainsi d'affiner la reconstitution du fonctionnement hydrocinématique de l'aquifère. Cette reconstitution a été tentée à partir de deux démarches complémentaires, le suivi diachronique, étude des variations temporelles de concentration ou de flux physico-chimique d'émergences sélectionnées (suivi hebdomaclaire du Pont de Gys en Haute-Savoie, du Verneau dans le Doubs, du Baget en Ariège et de la Fontaine de Vaucluse, suivi quotidien de la Fontaine de Vaucluse, du Groseau et d'Aurel dans le Sud-Est de la France), et le cliché synchrone, prospection spatiale d'une province hydrogéologique à une période judicieusement choisie (Jura, Haut-Doubs, Haute-Saône et Sud-Est de la France). Les deux modes d'approche fournissent des résultats concordants: le système karstique en période hydrodynamiquement réputée non influencée (tarissement s.s.) garde la mémoire d'épisodes de recharge ayant modifié la chimie de la réserve assurant ce tarissement. Inversement, les abondantes précipitations responsables d'une montée de crue peuvent mobiliser d'importants volumes d'une eau à marque chimique de la réserve : le système en crue garde l'empreinte chimique de ses réserves. Le fonctionnement hydrocinématique des systèmes résulte donc de l'interaction de ces deux types de mémoire: mémoire à court terme et à long terme. La première partie de ce travail traite du suivi des paramètres physico-chimiques au cours du cycle hydrologique ainsi qu'en étiage. L'analyse des données montre que pendant le tarissement au sens strict les teneurs caractéristiques des réserves permanentes du système oscillent de manière aléatoire, aux erreurs analytiques près, autour d'une moyenne caractéristique de l'état hydrodynamique et hydrochimique de la réserve, et de l'histoire de sa recharge ; c'est pourquoi il est nécessaire, pour comparer le comportement de plusieurs émergences, de les étudier simultanément. La physico-chimie du système en tarissement est très sensible aux apports d'eau par la surface : on peut observer d'une part des transits rapides et directs d'eau chimiquement marquée par la zone non saturée, sans que le débit varie de manière appréciable et d'autre part une recharge partielle des blocs capacitifs du système par cette même infiltration ; dans ce cas, on note une évolution de la qualité des eaux des réserves à la suite de ces précipitations. Les basses eaux consécutives à ces pluies ne peuvent dès lors plus être considérées comme du tarissement au sens strict. Dans les systèmes bien karstifiés, les montées de crues mobilisent des eaux (marquées chimiquement par la réserve) présentes dans les drains au moment de l'infiltration. Cet effet piston, bien visible dans la chimie des eaux de l'émergence est suivi par l'arrivée des eaux d'infiltration qui se mélangent aux eaux de réserve. La deuxième partie tente de calculer la part relative des deux composantes (infiltration et réserve) au cours de crues ou au cours de cycles. Les résultats ne contredisent pas ceux obtenus par des méthodes hydrodynamiques ; toutefois la méthode physico-chimique donne plus de poids à la contribution des réserves, mais surtout met bien en évidence les décalages temporels existant entre les variations du débit (transfert) et le passage effectif des masses d'eau à l'exutoire (transit). Ces décalages sont fonction du type et de l'importance de la karstification. La troisième partie justifie l'emploi des campagnes de prélèvements instantanés des eaux des principales sources d'une région karstique, elle en précise les limites. Dans le Jura, l'altitude moyenne des impluviums et des réserves permanentes peut être obtenue par l'étude des teneurs en oxygène 18 et des températures. La chimie des eaux jurassiennes et son analyse multidimensionnelle mettent en évidence l'opposition structurale Haute-Chaîne-plateaux : les émergences de la Haute-Chaîne drainant des systèmes à faibles réserves (à temps de séjour faible) peu affectés par l'activité humaine, celles des plateaux drainant des aquifères à réserves plus développées établis sous des zones cultivées. Elles permettent de reconnaître les influences anthroplques et par là d'envisager un réseau de surveillance de la qualité de l'eau des réserves. L'acquisition des données de pCO2, de température et d'oxygène 18 fait considérer les campagnes de basses eaux hivernales comme de la décrue (ces campagnes incluant l'écoulement d'eaux d'infiltration différée) et non comme du tarissement. Toutefois l'utilisation des instantanés dans des régions trop monotones ou trop contrastées en limite l'intérêt. Dans le sud-Est de la la France, le rôle de la lithologie (dolomies ou évaporites) prévaut sur celui du fonctionnement hydrocinématique. Cependant, le rôle de l'évapotranspiration de surface est bien visible dans l'écoulement de l'émergence en basses eaux.

Les études et développement menés dans ce travail de thèse ont porté sur divers aspects du traitement de l'évolution réaliste des états de mer, notamment sur les spécificités d'une approche déterministe non-linéaire, sur la prise en compte d'un forçage par le vent et de la dissipation dans une approche à phase résolue, et sur un développement à but opérationnel des techniques de modélisations réalistes. En parvenant à une meilleure modélisation des états de mer, ils visent à permettre une meilleure interprétation des images radar rétrodiffusées par la surface de la mer. Les applications concernent entre autres la caractérisation et la prévision court terme en temps réel des conditions de mer, ainsi que la détection de cibles marines. Un modèle numérique tridimensionnel basé sur une méthode High Order Spectral sert de support à l'étude des processus non-linéaires à l'œuvre en conditions océaniques. Une première partie de cette étude permet de mettre en lumière un ensemble de critères nécessaires à la bonne mise en œuvre de cette méthode. On met notamment plus particulièrement en évidence une problématique d'initialisation liée à un besoin de simulations de référence dès les premiers instants de modélisation. Une méthode d'initialisation non-linéaire est proposée et évaluée. La prise en compte d'un forçage par le vent et de dissipation par moutonnement est ensuite proposée. La paramétrisation du couplage rétroactif océan-atmosphère et de la dissipation, en pression, à l'œuvre dans les modèles stochastiques de prévision d'état de mer est adaptée à la formulation déterministe. Une formulation récente du couplage (Bidlot et al. (2005)) est testée et validée comparativement avec la modélisation stochastique usuelle issue du modèle WAVEWATCH3. L'approche déterministe est finalement capable de prendre efficacement en compte les termes de forçage et dissipation et permet des évolutions d'états de mer réalistes. Le problème de modélisation opérationnelle des états de mer, à moindre coût calcul mais avec une prise en compte suffisamment réaliste des spécificités océaniques est abordé. Une méthode numérique est proposée et testée comparativement à l'approche complètement non-linéaire de référence.

Filtration, récupération assistée du pétrole, flux sanguin... La compréhension des écoulements dans ces exemples repose sur la connaissance du transport de particules en milieu confiné. Plus généralement, dans ces situations se pose la question de l'influence des intéractions entre particules sur le comportement général de l'écoulement. Pour répondre à cela, une approche expérimentale originale est proposée, basée sur la création de nouveaux outils microfluidiques. Dans une première partie, nous étudions la dynamique du trafic de gouttes (suspension diluée) dans des réseaux d'obstacles microfluidiques. La présence des interactions hydrodynamiques entre particules rend cet écoulement non linéaire et il peut alors être parfaitement décrit par une équation dynamique de Burgers, rationalisant ainsi la présence des chocs de densité observés expérimentalement. Nous avons aussi fait ressortir de notre étude des paramètres généraux qui, non seulement sont utiles en microfluidique, mais s'avèrent pertinents à l'étude des différents domaines de trafic (voiture, piétons, ...). Ce travail est poursuivi par l'étude du transport d'une suspension concentrée 2D. Cet écoulement, gouverné par une dynamique intermittente, a été compris à travers une approche numérique, rendant compte de la phénoménologie d'avalanche constatée. Ce code s'avère ainsi efficace quant à l'interprétation de l'écoulement de particules dans des réseaux de tubes, modèle simple des milieux poreux.

L'Est valentinois et le bassin de Crest constituent une partie de la moyenne vallée du Rhône séparant le Massif Central des Alpes ; cette dépression synclinale à coeur miocène orientée N- S, est largement recouverte d'alluvions quaternaires. L' étude sédimentologique des dépôts détritiques néogènes permet d'une part , de souligner le rôle primo dial joué par les apports alpins dans le remplissage du bassin et d'autre part , de retracer la paléogéographie de la région . La transgression débute au Burdigalien dans le bassin de Crest ; au cours du Langhien la mer gagne progressivement l'ensemble de la plaine de Valence . Au Tortonien supérieur ,le régime devient continental puis, après une intense érosion messinienne, une nouvelle ingression marine pliocène envahit les paléo vallées du Rhône et de ses affluents. L'étude hydrogéologique constitue une première approche globale de caractérisation de l'aquifère molassique . La connaissance précise du contexte géologique amène à la proposition d'un schéma simple du magasin aquifère. Une esquisse de la piézométrie a été dressée . l'estimation des paramètres hydrodynamiques permet de différentier la nappe superficielle circulant dans les alluvions quaternaires de la nappe profonde circulant dans les sables molassiques . L'hétérogénéité, tant verticale qu'horizontale est manifeste et l'étude géochimique confirme l'existence d'une stratification de I'aquifère miocène. La nappe est principalement alimentée par le toit , par infiltration des pluies efficaces . D'autres modes d' alimentation possibles sont envisagés .

L'avant-pays de Chartreuse est une zone de transition entre les chaînes subalpines (massif de la Grande-Sure ) , la terminaison méridionale du Jura (chaînon du Ratz) et le bassin molassique du Bas-Dauphiné. La grande diversité des dépôts (calcaire karstique , molasse marneuse et conglomératique, alluvions fluviatiles , glaciaires et interglaciaires ) a justifié l'emploi de méthodes variées dans le but de définir le comportement hydrodynamique des différents aquifères et d'en déterminer les potentialités. La description des particularités lithologiques et hydrogéologiques des différentes formations a permis de préciser les conditions aux limites des réservoirs alluviaux. L'étude du remplissage alluvial, réalisée à partir d'une campagne de prospection géophysique et de nombreux forages , a défini la géométrie de ces réservoirs et a permis l'ébauche d'un schéma de la configuration des dépôts en fonction des phases glaciaires et interglaciaires. Les limites de bassins versants ont été déterminées par l'étude des circulations karstiques dans les massifs calcaires . L'analyse de la structure et de la fracturation, l 'observation des débits et des caractères physico- chimiques des eaux des émergences ont donné un schéma cohérent du fonctionnement des systèmes karstiques qui participent pour une grande part à l 'alimentation des aquifères alluviaux. L'évaluation des volumes d'eau infiltrée à partir des données hydroclimatiques a mis en évidence de remarquables potentialités d'exploitation de la nappe dans la vallée de Saint-Laurent-du-Pont . L'étude hydrodynamique de cette nappe a fait apparaître que l 'effet transitoire des apports est rapidement effacé vers l'aval, la nappe acquérant en permanence un régime de quasi-équilibre entre les effets d ' alimentations amont et le drainage des zones argileuses . L' ensemble des connaissances concernant l'aquifère et ses limites a donc pu être contrôlé par un modèle d'écoulement permanent qui permet de simuler les effets d 'un captage.

Cette étude intéresse le Pays de Gex et la première chaîne des Monts Jura : la chaîne du Reculet-Vuache. Nous nous situons donc sur le passage du plateau molassique suisse au Jura, au niveau de Genève. L'étude se subdivise en cinq parties : géologie, topographie, climatologie, hydrogéologie du versant, hydrogéologie de la plaine. La première partie, consacrée à la géologie régionale présente la haute chaîne comme une structure anticlinale simple, composé de formations marno-calcaires jurassiques et crétacées. Les formations crétacées contiennent un karst plus ou moins bien développé dont le niveau de base est représenté par deux importants systèmes de Piedmont : l'Allondon au Nord et l'Allemagne au Sud. Au Nord de l'anticlinal, existe une combe importante, le Creux de l'Envers, qui draine la rivière du Journans. Les trois systèmes sont étudiés par les méthodes hydrologiques et hydrodynamiques classiques. Les nombreuses mesures de conductivités et températures ont permis de préciser les modes de transit existant dans les formations, les mesures faites sur le Journans, servant de référence, principalement dans l'application d'une méthode nouvelle : l'analyse spectrale. L'étude climatologique nous a permis d'approcher différents termes du bilan, montrant ainsi l'importance des précipitations se faisant au niveau du Jura. L'analyse statistique de données a montré que l'année hydrologique étudiée était une année moyenne. L'établissement des bilans d'eau a montré l'existence d'un déficit d'écoulement important pour le Journans au niveau de Gex. Cette étude faite dans le cadre du Projet LEP qui consiste en la mise en place par le Centre Européen pour la Recherche Nucléaire d'un accélérateur, de 9 km de diamètre, a pu bénéficier de nombreuses données, principalement de sondages. Ces renseignements ont permis d'appréhender l'allure du contact molasse - calcaire et de préciser la morphologie du toit de la molasse du bassin de Genève. L'existence de sillons profonds, d'origine plio-quaternaire a été mise en évidence. Le remplissage des sillons molassiques, correspondant à un matériel d'origine glaciaire de la fin du Pleistocène, est le siège de circulations souterraines, pouvant présenter des caractères singuliers. Là encore, l'étude hydrodynamique et hydrologique, liée aux observations de surface, a pu mettre en évidence certaines relations existant entre écoulements superficiels et souterrains. Une carte hydrogéologique de la plaine de Gex a pu ainsi être dressée et les débits de transit souterrains approchés.

La décomposition fonctionnelle dans les équations de Navier-Stokes est un artifice mathématique tirant profit du fait que les échelles des phénomènes associés respectivement à la propagation de la houle et à l'évolution du champ diffracté (et radié) par un corps sont nettement distinctes. Les inconnues principales du problème sont divisées en une partie incidente représentant la propagation de la houle et une partie diffractée représentant la perturbation due à la présence du corps flottant ou immergé. Cette décomposition est alors introduite dans les équations de Navier-Stokes moyennées au sens de Reynolds. Les termes incidents sont obtenus explicitement par un modèle de houle incidente en théorie potentielle non-linéaire (plus précisément par une méthode spectrale) et les termes diffractés sont déterminés par la résolution des équations RANS ainsi modifiées. La génération de la houle incidente étant réalisée par un modèle en théorie potentielle, le temps de calcul associé est très faible, la qualité de la propagation est optimale et la gamme de houles envisageables est très importante. Cet avantage est combiné à une résolution globale de l'écoulement qui reste néanmoins sous l'hypothèse du fluide visqueux. Ce travail de thèse constitue une contribution au développement de la méthode SWENSE (Spectral Wave Explicit Navier-Stokes Equations) et propose plusieurs cas de validation en houle régulière aussi bien qu'en houle irrégulière. Les limitations de la méthode sous sa forme actuelle, en particulier la problématique liée à la gestion du déferlement, sont discutées et des réponses pour y faire face sont suggérées.

L'aspect visuel des tôles peintes qui constituent la carrosserie d'une automobile est un facteur déterminant pour la qualité de l'ensemble du véhicule. La caractérisation de l'influence de la topographie des tôles rugueuses utilisées dans ce contexte, est un enjeu de premier plan pour les industriels, tout en représentant un important défi scientifique. Nous proposons, au cours de ce projet de thèse, une exploration détaillée de cette problématique par le biais d'importantes campagnes expérimentales. Et, nous développons une série de méthodes et logiciels aptes à tirer le meilleur parti des données exhaustives qui ont alors été acquises, notamment en proposant des techniques de correction automatique des écarts de forme. Les fruits de ces travaux nous permettent d'élaborer les premiers modèles de prédiction des topographies des tôles peintes à partir des propriétés topographiques de leurs états de surface avant peinture. Et nous présentons aussi les premiers modèles optiques qui permettront, à l'avenir, de simuler l'''effet peinture''.

Le delta du fleuve Sénégal est le théâtre de crues importantes, le plus souvent catastrophiques et la dernière en date a nécessité l'ouverture d'une brèche dans la Langue de Barbarie qui est une fine bande de sable séparant le delta du fleuve de la mer. Depuis, cette brèche ne cesse de s'agrandir sous l'action conjuguée des eaux du fleuve et de la mer. Modéliser ce phénomène d'élargissement nécessite de connaître à tout moment les caractéristiques de l'écoulement des eaux dans le delta, y compris en période de crue. Nous avons opté pour la réalisation de deux algorithmes de simulation. C'est ce travail que je présente ici. D'une part, nous considérons l'équation de Navier-Stokes tridimensionnelle et nous faisons l'hypothèse d'une faible épaisseur d'eau, ce qui est acceptable comparé aux dimensions du delta. Cette hypothèse nous permet de faire, en chaque point, une intégration selon la verticale pour obtenir une équation de Saint-Venant bidimensionnelle simplifiée dans un plan xoy sans les hypothèses approximatives (fond plat ou conditions aux limites trop généreuses dans l'un ou l'autre, qui ne reproduisent pas fidèlement le phénomène étudié). Cette équation ne nous permet d'obtenir les champs de vitesses et de pressions que dans un plan horizontal. Pour prendre en compte les apports extérieurs responsables d'une crue, nous introduisons une équation 1D de conservation de la masse d'eau. Le couplage entre l'équation de Saint-Venant 2D et l'équation de conservation 1D conduit à une modélisation (2D1/2 et non 3D) du phénomène étudié. D'autre part, la phase d'élargissement de la brèche résulte de la problématique fluide-structure, une intéraction entre un écoulement et une structure fortement déformable. Il s'agit d'un problème multi-physique reposant sur plusieurs équations d'état (Darcy, poroélastique ...) et impliquant divers couplages. Sous l'hypothèse que les déformations de la structure dues à l'hydrodynamique restent à l'échelle microscopique, nous obtenons des résultats analytiques et numériques de l'évolution de l'interface à long terme.