Il est communément admis que la recharge des aquifères carbonatés est contrôlée par la zone non saturée, siège d’une mise à l’équilibre des phases liquides, solides et gazeuses. L’épikarst, zone superficielle de ces aquifères, recueille les pluies efficaces et les transfère en profondeur via une double porosité de fissure et de fracture. Des épandages détritiques sablo-argileux fossilisent souvent les paléo-reliefs, changeant ainsi les caractéristiques des zones d’infiltration. Toutefois, les données sur ces dépôts superficiels sont rares, et leur impact sur les modalités de recharge en contexte karstique est aujourd’hui mal connu et peu décrit.La célèbre grotte préhistorique ornée de Lascaux offre une fenêtre d’observation à l’intérieur de l’épikarst et constitue ainsi un site privilégié pour le suivi des processus de transferts. La grotte fait partie d’un réseau karstique fossile partiellement comblé par du matériel détritique sablo-argileux. Les parties basses de la cavité montrent des fortes teneurs en CO2 dans l’air, supérieures à 8% (80 000 ppmv) lors de certaines périodes estivales. Cette thèse propose une étude des caractéristiques de l’infiltration en milieu karstique grâce au suivi des variations chimiques et isotopiques d’une émergence épikarstique au plafond de l’entrée de la grotte. Les principaux objectifs sont la compréhension de la dynamique des fluides en transit dans l’épikarst, la recherche de la source des fortes teneurs en CO2 ainsi que la détermination du rôle des épandages détritiques dans les modalités de recharge de l’aquifère karstique.Après avoir mener une étude approfondie de l’environnement géologique et géomorphologique du site, l’analyse hydroclimatique, combinée au suivi bimensuel de la chimie et des variations isotopiques des eaux épikarstiques, a permis d’investiguer le fonctionnement de la zone d’infiltration du karst d’un point de vue des transferts de masse.Les premières observations montrent que l’émergence épikarstique n’est pas pérenne avec un tarissement qui débute au début de l’été. Le système nécessite environ 250 mm de recharge automnale pour se réactiver. Le signal 18O à l’émergence est fortement amorti comparé au signal 18O dans les pluies ce qui démontre la création d’une réserve épikarstique qui conduit à l’homogénéisation chimique des eaux. Ainsi, les transferts de masse sont lents dans ce système caractérisé par un comportement de type fissuré et non karstique. Les données de 13C collectées à l’émergence permettent de retracer les conditions physico-chimiques qu’ont rencontrées les eaux au cours de leur transit. Elles montrent différentes origines possible de l’infiltration et révèlent des phénomènes de dégazage – précipitation lors des périodes de fortes pluies.De plus, les eaux épikarstiques sont fortement sursaturées vis-à-vis de la calcite et leur forte minéralisation résulte de la mise à l’équilibre avec une pCO2 importante (5% en moyenne). De telles valeurs ne correspondent pas à la production de CO2 du sol. L’autre origine supposée est les épandages détritiques sablo-argileux où des teneurs importantes en CO2 ont été mesurées (pCO2air de 4 à 8%). De plus, la présence d’eau dans ces niveaux suggère que le système est en partie alimenté par ces formations. Ainsi, le transit des eaux au travers de milieux aux conditions physico-chimiques très contrastés pourrait être à l’origine de la sursaturation des eaux qui entrent dans la cavité.Enfin, l’étude montre que les épandages détritiques tiennent deux rôles majeurs dans les processus d’infiltration des eaux : (i) ils participent à leur homogénéisation en les stockant proche du sol et (ii) ils fournissent un fort potentiel de karstification au système. / It is widely recognized that the recharge of deep carbonated aquifers is controlled by a non saturated zone in which liquids, solids and gases are exchanged to attain equilibrium. The epikarstic zone, which represents the bottom of these aquifers, collects the efficient rain waters and transfers them deeper through a dual fractured and fissured porosity. Sandy-clayey detritic coatings are often observed to fossilize the paleo-relief changing the features of the infiltration zones. However, field data on these superficial deposits are sparse and their impact on the recharge modalities in karstic context is not yet well known and described.The famous prehistoric painted cave of Lascaux (France) provides a window into the epikarstic system and offers a privileged environment for the monitoring of transfer processes. The Lascaux cave is part of a fossil karstic network partly filled with detritic material and it is known to have high CO2 concentrations, greater than 8% (80,000 ppmv) in some summer periods, when measured in the air of the lower parts of the cave. Here, we study the epikarstic seepage traits monitoring the chemical and isotopic variations in waters which seep from the entrance roof of the cave. The aims of this work are to understand the dynamics of the fluids in the epikarstic system, to find the source of the high CO2 concentrations measured into the cave and to understand how the detritic coatings impact on the recharge modalities. After carried out an in-depth geological and geomorphological study of the site, the use of hydroclimatic analysis combined with the semi-monthly hydrochemical and isotopic monitoring of the epikarstic waters allowed us to investigate the karstic infiltration zone functioning in term of matter transfer. First, we observed that the epikarstic emergence is non perennial and dries up at the beginning of summer. The system needs an approximately 250 mm recharge in autumn before seeing flows at the emergence. The 18O signal at the emergence is highly amortized compared to the rain 18O signal which reveals the creation of an epikarstic water table that chemically homogenises waters. Thus, the mass transfers are slow in this system characterized by a fissured and nonkarstic behaviour type. The 13C data obtained at the epikarstic emergence seem to characterize the physicochemical conditions of the environments in which waters circulate during their transit in the system. They confirm the possible various origins of waters and reveal degassing – precipitation phenomena during rising periods.Moreover, épikarstic waters are always supersaturated with respect to the calcite and the the high bicarbonates and calcium concentrations result from water equilibrate with an important pCO2 at saturated state (5% on average). Such values of pCO2 do not correspond to the soil CO2 production. The other supposed origin is the sandy clayey detritic formations where we measured important pCO2 (data range from 4 to 8% in the atmosphere of the coatings). Furthermore, the presence of water in the sandy levels of the coatings suggests that the system can be partly fed by these formations. The transit of water through two physicochemicaly highly contrasted environments would be at the origin of the general flows supersaturation state in the cave.Finally, the study shows that the detritic coatings are involved in two aspects of the epikarstic waters run-off conditions: (i) they homogenize them while retaining near to the soil and (ii) give to them a very high karstification potential.

Le transport par voie maritime s’est développé très rapidement durant la dernière décennie. Il constitue la solution idéale pour déplacer à faibles coûts d’importantes quantités de marchandises sur de longues distances. L’accroissement de ces échanges entraine inévitablement une augmentation de la fréquentation des routes maritimes, de la densité du trafic et donc du risque d’accident et de naufrage.Les quantités impliquées lors d’un accident étant importantes, un rejet sous-marin de produit chimique issu d’une épave peut provoquer de graves conséquences environnementales et humaines. Or, les mécanismes physico-chimiques apparaissant lors du transfert du produit à la surface sont encore mal compris. Ces mécanismes dépendent de nombreux paramètres dont les propriétés physico-chimiques intrinsèques au produit et celles propres à l’environnement de l’accident.Ce travail de recherche, réalisé en collaboration entre l’Ecole des Mines d’Alès et le Cedre, s’inscrit dans l’amélioration de la compréhension du comportement d’un rejet de produit chimique liquide, flottant et soluble issu d’une épave. Cette étude expérimentale a été réalisée selon 3 points :- La phénoménologie du rejet à la brèche dont l’objectif est de quantifier le débit et les modes de rejet,- Le comportement hydrodynamique du produit libéré et son évolution lors de la remontée dans la colonne d’eau,- Le transfert de matière du produit lors de sa solubilisation dans la colonne d’eau.Pour chaque point, les résultats obtenus sont comparés à ceux prédits par les corrélations disponibles dans la littérature afin de proposer une modélisation globale des conséquences adaptée à la gestion des pollutions marines. / Maritime transport quickly increases during the last decade. It is the cheapest way to transport large quantities of goods over long distances. The growth of this trade necessarily leads to an increase in the traffic density and therefore the risk of accident and sinking increases as well.The large amount of chemicals involved in an accident may threaten the environment and human health in case of shipwreck with underwater chemical release. Unfortunately the physicochemical mechanisms occurring during the transfer of a chemical to the sea surface are still poorly understood. Those mechanisms depend on various parameters such as the physicochemical properties of the chemicals and the specific properties of the accident surroundings. This research was conducted in collaboration with the Ecole des Mines d'Alès and Cedre in a global approach to understand the behaviour of liquid, floating and soluble chemicals released after a shipwreck. This experimental study has been carried out according to 3 main points:- The phenomenology of a release at the breach. The objectives are to quantify the flow rate and the release pattern,- The hydrodynamic behaviour of the released chemicals and their fate in the water column,- The mass transfer of the chemical during its solubilization in the water column.For each point, the results are compared to those predicted by correlations in the literature in order to propose a global model of consequences that is adapted to the marine pollution management.

L'hétérogénéité spatiale est un trait caractéristique des aquifères calcaires. Conditionnée par le karst et ses morphologies, cette hétérogénéité explique la fréquente sous-exploitation des réserves de ces hydrosystèmes mais également le degré lacunaire de connaissance de leurs fonctionnements. Nous avons voulu, dans cette recherche, approfondir cette connaissance en scrutant le fonctionnement des aquifères calcaires qui arment les bas plateaux du Nord-Est de la France. Trois de ces bas plateaux ont été retenus, ceux du Dogger et de l'Oxfordien (Jurassique) et celui du Muschelkalk (Trias). Afin de comprendre comment s'organisent les écoulements sur et dans ces trois systèmes, notre démarche s'articule autour de deux principaux axes ; le premier concerne l'identification des modalités de l'écoulement et le second est consacré à leur quantification. En pratique, la connaissance des modalités de circulation a été recherchée à travers l'étude des différents paramètres structurels (géologique, tectonique, karstique) et conjoncturels (précipitation, évapotranspiration) qui interagissent dans le cycle de l'eau. Nous montrons que la variété de fonctionnements hydrologiques observés, à l'échelle du domaine d'étude, est conditionnée principalement par les paramètres structurels ; l'hétérogénéité lithologique, notamment, apparaît comme une clef fonctionnelle déterminante, d'une part, par l'existence d'une multiplicité de nappes d'eau et d'autre part, par son rôle dans la karstogenèse. Les morphologies du karst s'observent principalement sur les secteurs de contact lithostratigraphique et nous avons pu établir, à travers une répartition spatiale des phénomènes du karst (en surface et en souterrain), que ces trois plateaux sont majoritairement déconnectés du karst et dominés par des processus de circulation lents, de l'infiltration à la vidange aquifère. Afin d'apporter des éléments de quantification sur les circulations, une analyse hydroclimatique et géochimique d'exutoires de petites dimensions a été ensuite menée. C'est ainsi qu'une petite dizaine de sources et de bassins versants, localisés dans des contextes physiographiques variés, ont fait l'objet de suivis sur plusieurs cycles hydrologiques. L'analyse nous a permis de préciser les caractères hydrodynamiques de deux grands types de comportement observés au sein des bas plateaux étudiés : le comportement fissural et le comportement karstique. Le comportement fissural se manifeste, à l'échelle annuelle, par un filtrage important des précipitations par les systèmes (forte inertie des valeurs de débits et de conductivités électriques) et également par de lents processus de mise en charge à l'échelle des évènements de crue. Le comportement karstique, quant à lui, est attesté, à l'échelle annuelle, par des pluies moyennement filtrées par les systèmes mais aussi par des variations hydrogéochimiques accusées lors des sollicitations pluviométriques majeures, en lien avec la transmissivité importante de ces milieux / The spatial heterogeneity is a feature of limestone aquifers. Conditioned by the karst and its morphologies, this heterogeneity explains the frequent under-exploitation of these hydrosystem reserves but it also explains the incomplete degree of knowledge of their functionings. In this research we wanted to deepen this knowledge by scrutinizing the functioning of the limestone aquifers which arm the low plateaus of the North-East of France. Three of these low plateaus held our attention, those of Dogger and Oxfordian (Jurassic) and the one of Muschelkalk (Triassic). In order to understand how the flows on and into these three systems are organized, our approach focuses on two main axes ; the first one concerns the identification of the modes of flow and the second one is devoted to quantification. In practice, the knowledge of the flow modes was investigated through the study of various structural parameters (geology, tectonics, karst) and conjunctural parameters (precipitation, evapotranspiration) interacting the water cycle. We show that the variety of hydrological functionings which are observed, on the scale of the study area, is mainly dependent on the structural parameters ; the lithological heterogeneity, in particular, appears as a determining functional key, on the one hand, by the existence of a multiplicity of groundwater and on the other hand, by its role in the karstogenesis. The morphologies of the karst are primarily obvious on the areas of lithostratigraphic contact and we were able to establish, through a spatial distribution of karst phenomena (on and underground), that these three plateaus are mainly disconnected from the karst and run by slow-flow processes, from infiltration to ground water discharge. In order to provide some quantifications of the circulations, a hydroclimatic and geochemical analysis of small outlets was then conducted. Thus a dozen springs and catchments, located in various physiographic settings have been surveyed for several water years. The analysis allowed us to specify the hydrodynamic characteristics of two types of behavior observed in the low plateaus we studied: the fissural behavior and the karstic behavior. The fissural behavior appears, on an annual scale, through a significant rainfall filtering of the systems (high inertia of the values of discharges and electrical conductivities) and also by slow charging processes when flood events occur. The karst behavior, meanwhile, is evidenced on an annual scale, by a moderately rainy filtering of the systems but also by hydrogeochemical variations accused during major rainfall solicitations in connection with the important transmissivity of these environments

Nos connaissances et notre compréhension de la dynamique sédimentaire des plages macrotidales sont encore limitées de nos jours en raison d'un manque de données lié à la plus faible proportion de ces plages à l'échelle mondiale. Trois plages macrotidales à barres et à bâches du littoral de la Côte d'Opale dans le Nord de la France ont été choisies pour mener cette étude. Elle se base sur trois approches différentes visant à caractériser (1) le régime tidal et les conditions hydrodynamiques, (2) la morphologie de la zone intertidale et (3) les flux sédimentaires longitudinaux (FL) et transversaux (FC) dans diverses conditions tidales et énergétiques. Le transport a été mesuré dans la zone proche du déferlement à l’aide de pièges à sédiment de type Kraus (1987) permettant de caractériser le débit solide à plusieurs niveaux au dessus du fond au cours de conditions d'agitation faibles à modérées (Hs < 1 m). Malgré une uniformité des flux le long de la plage, les phénomènes de vidange des bâches par l’intermédiaire de chenaux perpendiculaires au trait de côte permettent l’introduction de volumes de sédiment significatifs, augmentant localement le FL. La distribution des flux à travers l’estran présente, quant à elle, une décroissance nette du bas de plage vers le haut de plage. Les mesures simultanées de FL et de FC ont démontré que le FC dirigé vers le haut de plage et la résultante du FC sont dans la plupart des cas supérieurs aux FL en raison de la plus forte intensité des vitesses de courant oscillatoire. Ces résultats mettent en évidence des mouvements significatifs de volume de sable à travers la zone intertidale à l’échelle de la mesure, ce qui influence fortement la morphodynamique de la plage. L’ensemble de la zone intertidale est toutefois apparue relativement stable, avec des changements plus significatifs à court terme qu'à plus long terme. Les mesures de transport ont permis de mettre en lumière le rôle fondamental des bâches dans la dynamique des plages macrotidales. Ces dépressions inter-barres sont en effet responsables de la canalisation du sédiment le long du rivage, limitant ainsi les transports sédimentaires transversaux et par conséquent la migration des barres intertidales. Il est vraisemblable que le temps de résidence et l'intensité des processus hydro-sédimentaires jouent un rôle prépondérant dans la dynamique des barres intertidales. Les mesures ont également été comparées avec plusieurs estimations du transport sédimentaire issues de modèles numériques et morphodynamiques. Bien que les flux calculés surestiment en général le transport mesuré, certaines formules semblent plus adaptées pour déterminer le FL dans la zone de levée. / Our knowledge and understanding of the sediment dynamics of sandy macrotidal beaches is still limited by a lack of data from these macrotidal environments. This limitation is due to the relatively small proportion of macrotidal coasts in the world. Three sandy beaches on the coast of Northern France were chosen to conduct this study. Three scientific approaches were used: 1) characterization of tidal and waves energy conditions using wave and current meters deployed on the foreshore; 2) beach morphology survey and 3) estimation of longshore (FL) and cross-shore (FC) sediment transport using streamer traps similar to those designed by Kraus (1987). Sand transport was measured about 1 m water, next to the breaker zone and either in the shoaling zone or in the surf zone; under low to moderate waves energy conditions (Hs < 1 m). In spite of a low longshore variability in sediment transport due to a high degree of hydrodynamic uniformity along the shore, runnel drainage can locally increase sediment transport rates. Cross-shore distribution appeared to be more variable as sediment transport decreased from the lower to the upper part of the beach. Onshore, offshore and longshore sediment transport measured simultaneously showed that under various energetic conditions, FC appeared to be generally higher than FL. Although net littoral drift is directed towards the Belgian coast, these results suggest that significant volumes of sand move across the intertidal zone. These significant volumes of sand most likely have a strong influence on the morphodynamics of the beach. Daily topographical survey has shown little morphological variations while sediment transport rates appeared very variable and very significant, especially during the highest wave energy conditions. Sediment transport measurements across the foreshore highlight the important role played by inter-bar troughs in the morphodynamics of macrotidal beaches. Higher bed roughness in these depressions is responsible for an increase in sediment resuspension through the water column. Suspended transport is therefore favoured in troughs and hinders the cross-shore sediment transport, which is responsible for the bar migration across the intertidal zone. Morphological changes are dependent of the time residence of the hydrodynamic zones, but the morphodynamics of the intertidal bars appear to be strongly controlled by the amplitude of the incident waves. FL were also compared with calculated data computed using from numerical and morphodynamic model. Although computed transport rates are generally higher than in situ measurements, it appears that some formulae provide better estimate of FL, especially in the shoaling zone

Ce travail de thèse porte sur l’étude de la dynamique et de la stabilité de structures présentant deux fronts d’ablation dans le cadre de la fusion par confinement inertiel (FCI) en attaque directe. Dans un premier temps, des simulations 1D réalisées avec le code d’hydrodynamique CHIC ont permis d’obtenir ces structures. Pour cela, des plaques planes de matériaux de Z modéré, comme l’aluminium, la silice, le plastique dopé au brome, ainsi que le plastique sont éclairées par laser, à des intensités proches de celles requises pour la FCI. Les effets radiatifs, de par leur contribution dans le bilan d’énergie, modifient alors l’hydrodynamique de la cible : deux fronts d’ablation séparés par un plateau de densité quasi-constante sont observés. La dynamique de telles structures est alors caractérisée de manière qualitative. Une étude du préchauffage du combustible (DT) induit par le rayonnement de ces ablateurs de Z modéré est alors réalisée. Un nouveau modèle théorique, basé sur une hypothèse d’isobaricité au front d’ablation, prend en compte deux mécanismes de transport de l’énergie (transport d’électrons et de photons) et permet de reproduire ces structures en supposant un traitement analytique des opacités de la matière. De plus, ce modèle permet de comprendre les mécanismes physiques qui interviennent dans la formation des structures à double front d’ablation. Le code PERLE, dédié à l’étude de la stabilité hydrodynamique d’écoulements en phase linéaire, est alors modifié pour prendre en compte le transport de photons en utilisant les simplifications du modèle théorique. La deuxième partie de cette thèse porte sur la stabilité hydrodynamique de ces structures à double front d’ablation. Les modèles existants pour les problèmes de stabilité au front d’ablation sont insuffisants : les limites de ces modèles sont montrées, mais des premières informations sur le front d’ablation principal sont néanmoins obtenues. Le code PERLE permet alors de calculer les perturbations linéaires au front d’ablation quand la structure à double front d’ablation entière est considérée. Des taux de croissance pour l’instabilité Rayleigh-Taylor ablative sont obtenus et présentent une nouvelle forme non connue, associée directement à la structure à double front d’ablation. Les calculs 2D réalisés avec le code CHIC et une physique plus réaliste confirment ces résultats. L’étude de la localisation spatiale des perturbations montrent la relation entre la structure à deux fronts d’ablation et la forme caractéristique des taux de croissance. Finalement, l’utilisation d’ablateurs de Z modéré peut être une alternative intéressante pour réduire l’instabilité de Rayleigh-Taylor au front d’ablation en FCI par attaque directe. / This PhD thesis adresses the dynamics and the stability of double ablation fronts structures in direct-drive inertial confinement fusion (ICF). In the first part, these structures have been obtained using the hydrodynamic code CHIC calculations. By irradiating solid targets of moderate Z such as aluminium, silicium, brominated doped plastic, and plastic with ICF like laser intensities, radiative effects become non negligibles and modify the target hydrodynamics. Two ablation fronts separated by a quasi-constant density plateau are then observed. The dynamic of such structures is then qualitatively characterized. The fuel (DT) preheat due to self-emitted radition of such ablators is then studied. A new theoretical model, based on an isobaric approximation in the ablation region allows us to understand the complex physical mecanisms involved in the formation and the dynamics of these structures, using analytical expressions for the opacities. The PERLE code, dedicated to the calculation of linear perturbations of unsteady flows, is then modified to take into account the radiative energy transport, using the hypothesis of the new theoretical model. In the second part of this work, a study of the stability of double ablation fronts structures is carried out. The existing models for the ablation front stability problems are no longer sufficient in this case: their limitations are shown, but, nevertheless, firsts informations on the main ablation front are obtained. Then, the PERLE code is used when the whole double ablation fronts structure is considered. The growth rates for the ablative Rayleigh-Taylor instability are estimated, and show a new shape, unknown up to now. The 2D calculations made with the CHIC code using a more realistic physics confirm these results. The study of the spatial localization of perturbations in the structure shows the relation between the two ablation fronts and the characteristic shape of the growth rates obtained. Finally, the use of such moderate Z ablators is an interesting alternative to reduce the Rayleigh-Taylor instability at the ablation front in direct-drive ICF.

Des travaux préliminaires réalisés en fiole d'Erlenmeyer ont montré que l'environnement hydrodynamique, caractérisé par la puissance dissipée volumique (P/V) et le coefficient de transfert en oxygène (kLa), jouait un rôle important lors du procédé de production de pristinamycines par Streptomyces pristinaespiralis (Mehmood, 2011). L'objectif de ce travail est donc d'étudier l'influence de ces deux phénomènes dans des bioréacteurs mécaniquement agités (STR), largement utilisés à l'échelle industrielle, et de type gazosiphon. Dans un premier temps, une description de l'environnement hydrodynamique global a été réalisée en STR. En ce qui concerne le bioréacteur gazosiphon, celui-ci a été conçu et dimensionné spécifiquement pour ce travail. Une caractérisation des écoulements dans ce bioréacteur a ensuite été réalisée par simulation numérique des écoulements. En appliquant les mêmes conditions hydrodynamiques que celles étudiées lors de culture en fioles d'Erlenmeyer, les performances en terme de croissance et de production de pristinamycines ont toujours été moindres en STR et en gazosiphon qu'en fiole. Ceci démontre que P / V, kLa mais également la dissipation maximum, ne constituent pas les bons paramètres d'extrapolation. Par contre, les performances mesurées semblent être reliée aux variations de formes morphologiques observées (présence et taille des pelotes) et à la physiologie des cellules au sein de ces structures. De façon surprenante, au cours de ce travail, le déclenchement de la production de pristinamycines a quasiment toujours été obtenu lors de la phase de croissance de S. pristinaespiralis. Nos travaux n'ont pas permis de mettre en évidence la raison de ce phénomène. Celui-ci est certainement la conséquence de plusieurs paramètres qui restent encore à préciser / Previous results performed in Erlenmeyer flasks have shown that the hydrodynamics, characterized by power dissipation per unit of volume (P/V) and volumetric oxygen mass transfer coefficient (kLa), impacted the production of pristinamycins by Streptomyces pristinaespiralis (Mehmood, 2011). The aim of this work is then to study the influence of these two parameters in a stirred tank bioreactor (STR), widely used in industry, and in an airlift bioreactor. This last bioreactor has been designed specifically for this work. In a first part, the hydrodynamic environment was described in STR and the fluid flows were simulated by computational fluid dynamics (CFD). Using the same hydrodynamic conditions in STR and in airlift bioreactor than in flasks, the process performance (bacterial growth and pristinamycin production) were always lower in STR and airlift bioreactor. This demonstrates that P / V, kLa and also maximum dissipation were not pertinent scale-up criteria for the pristinamycin production from flask to STR or airlift bioreactor. On the contrary, the determined performances seemed to be related to the changes in bacterial morphology (presence and size of pellets) and to the physiology of the cells inside these structures. Surprisingly, during this work, the initiation of the pristinamycin production occurred almost always during the growth phase of S. pristinaespiralis. This phenomenon was probably due to the conjunction of several parameters which remain to identify

Le gaz électrogénéré dans les réacteurs électrochimiques est un phénomène à la fois électrochimique et hydrodynamique. La chute ohmique dans la solution électrolyte est l'un des paramètres importants à évaluer pour l'optimisation des réacteurs électrochimiques. Elle est due à la résistance de la solution, donc, à sa conductivité électrique et la distance entre les deux électrodes. Pour réduire la consommation énergétique de la cellule de réduction électrolytique de particules d'hématite en fer métallique, on a étudié la conception des anodes, sièges de la production des bulles d'oxygène, dans deux cellules équivalentes d'électrolyse d'eau dans un milieu alcalin. Les résultats ont montré que seulement 25% de l'anode est réellement active et que le taux de rétention augmente le long de l'anode et les bulles atteignent leur vitesse terminale dès 50% de la hauteur de l'anode. Ceci nous a permis de formuler des recommandations qui permettent d'avoir les meilleures conditions de désengagement des bulles électrogénérées, pour une consommation énergétique plus faible du procédé électrochimique / Electrogenerated gas in electrochemical reactors is considered as an electrochemical and hydrodynamic phenomenon. The ohmic drop in the electrolyte solution is one of important parameter to evaluate for the optimization design of electrochemical reactors. It is due to the resistance of the solution, therefore, its electrical conductivity and of the distance between the two electrodes. To reduce the energy consumption of the electrolytic reduction cell of hematite particles to metallic iron, we studied the design of anode, the location of oxygen bubbles production, in two equivalent cells for water electrolysis in an alkali media. The results showed that the gas hold up increases along the anode and only 25% of the initial anode height is actually active. Moreover the bubbles reach their terminal velocity after 50% of the initial anode height. This allowed us to formulate recommendations that allow the best conditions of bubbles electrogenerated disengagement and low energy consumption

La physique des collisions d'ions lourds réunit deux domaines : la physique nucléaire et la physique des particules. Les progrès expérimentaux de ces dernières années donne l'opportunité d'étudier la nouvelle matière créée dans les collisions d'ions lourds qui s'appelle le plasma de quarks et de gluons.L'état initial de deux ions qui se collisionnent est affecté par les fluctuations créées par les fonctions d'ondes des nucléons. Ces fluctuations provoquent l'anisotropie de moments de la matière hadronique observée par les détecteurs. Le système créé dans une collision se comporte comme un fluide, donc l'état initial est connecté avec l'état final par l'évolution hydrodynamique. L’hydrodynamique relativiste est utilisée pour décrire l'évolution du fluide créé dans les collisions d'ions lourds. Nos résultats combinés avec les données expérimentales permettent de contraindre l'etat initial donc de faire la «rétro-ingénierie» des collisions d'ions lourds.L'observable qui caractérise l'anisotropie des moments est le flot anisotrope v_n. On présente les premières mesures du premier coefficient de la distribution de Fourier v_1 pour l'accélérateur LHC. v_1 s'appelle le flot dirigé. On effectue aussi les premiers calculs de v_1 à partir de l’hydrodynamique visqueuse. On trouve que v_1 est moins dépendent de la viscosité que les coefficients v_2 et v_3 qui sont respectivement les flots elliptique et triangulaire. On présente aussi les prédictions de v_1 pour l'accélérateur RHIC. Ces résultats ont été confirmés plus tard par les mesures de v_1 par RHIC. On propose aussi deux méthodes pour contraindre les modèles d’état initial: avec les données de v_1 et les données de v_2 et v_3. Ces méthodes donnent l'unique possibilité de contraindre les modèles Monte Carlo d'état initial. A la fin de cette thèse on montre les perspectives de ce domaine et on étudie les corrélations entre les plans des évènements qui ont été mesurées récemment et qui pourraient faire la lumière sur les fluctuations de l'état initial. / Ultra-Relativistic heavy-ion physics is a promising field of high energy physics connecting two fields: nuclear physics and elementary particle physics. Experimental achievements of the last years have provided an opportunity to study the properties of a new state of matter created in heavy-ion collisions called quark-gluon plasma. The initial state of two colliding nuclei is affected by fluctuations coming from wave- functions of nucleons. These fluctuations lead to the momentum anisotropy of the hadronic matter which is observed by the detectors. The system created in the collision behaves like a fluid, so the initial state is connected to the final state via hydrodynamic evolution. In this thesis we model the evolution with relativistic viscous hydrodynamics. Our results, combined with experimental data, give non trivial constraints on the initial state, thus achieving "reverse engineering" of the heavy-ion collisions. The observable which characterizes the momentum anisotropy is the anisotropic flow vn. We present the first measurements of the first harmonic of the anisotropic flow called directed flow v1 in Pb-Pb collisions at the LHC. We then perform the first viscous hydrodynamic modeling of directed flow and show that it is less sensitive to viscosity than higher harmonics. Comparison of these experimental data with the modeling allows to extract the values of the dipole asymmetry of the initial state, which provides constraints on the models of initial states. A prediction for directed flow v1 in Au-Au collisions is also made for RHIC. We then perform a similar modeling of the second and third harmonics of the anisotropic flow, called respectively elliptic v2 and triangular v3 flow. A combined analysis of the elliptic and triangular flow data compared with viscous hydrodynamic calculations allows us to put constraints on initial ellipticity and triangularity of the system. These constraints are then used as a filter for different models of initial state. At the end of this thesis, we show perspectives in the studies of the initial state which are opened by recent measurements of event-plane correlations which could shed light on the initial state fluctuations.

Cette thèse étudie les premiers instants d'une collision d'ions lourds. Juste après cette collision, il a été démontré que la matière produite -- appelée Plasma de Quarks et de Gluons (PQG) -- est très loin de l'équilibre thermique. On voudrait donc savoir si le PQG thermalise, et quelle est l'échelle de temps caractéristique pour cela. Le manuscrit expose l'étude de ces questions dans deux sortes de théories.Dans un premier temps, on étudie une théorie scalaire. En initialisant cette dernière dans un état hors équilibre, on peut étudier l'approche de l'équilibre pour un système de volume fixe ou un système en expansion unidimensionnelle. Dans les deux cas, des preuves d'une possible thermalisation peuvent être observées : une équation d'état se forme, le tenseur des pressions devient isotrope et le nombre d'occupation tend vers une distribution d'équilibre thermique classique. Ces résultats sont obtenus à l'aide de l'approximation classique statistique (ACS), qui permet d'inclure des contributions au-delà de l'ordre dominant de la théorie des perturbations.Dans un second temps, le "Color Glass Condensate", une théorie effective basée sur la Chromodynamique quantique adaptée à l'étude des premiers instants suivant la formation du PQG, est utilisé pour étudier de manière plus réaliste l'approche de l'équilibre thermique dans les collisions d'ions lourds. Après avoir établi quelques prérequis pour l'utilisation de l'ACS, les simulations numériques effectuées avec les équations de Yang-Mills semblent indiquer que le PQG devient rapidement isotrope, tandis que son rapport viscosité sur entropie est très petit, ce qui est la caractéristique d'un fluide quasi idéal. / This thesis deals with the theory of the early stages of a heavy ion collision. Just after such a collision, the matter produced – called the Quark-Gluon-Plasma (QGP) – has been shown to be far out of thermal equilibrium. One would like to know whether the QGP thermalizes, and what is the typical time scale for this. Proving that the QGP thermalizes would also justify from first principles the hydrodynamical treatment of the subsequent evolution of a heavy ion collision. After having recalled some essential theoretical concepts, the manuscript addresses these questions in two different theories In a first part, we study a scalar field theory. Starting from an out of equilibrium initial condition, one studies the approach to equilibrium in a fixed volume or in a one-dimensional expanding system. In both cases, clear signs of thermalization are obtained: an equation of state is formed, the pressure tensor becomes isotropic and the occupation number approaches a classical thermal distribution. These results are obtained thanks to the classical statistical approximation (CSA), that includes contributions beyond the Leading Order perturbative calculation. In a second part, the Color Glass Condensate – a quantum chromdynamics (QCD) effective theory well suited to describe the early life of the QGP – is used to treat more realistically the approach to thermalization in heavy ion collisions. After having derived some analytical prerequisites for the application of the CSA, the numerical simulations performed with the Yang-Mills equations show evidences of an early onset of hydrodynamical behavior of the QGP: the system becomes isotropic on short time scales, while the shear viscosity over entropy ratio is very small, which is characteristic of a quasi perfect fluid.

Au cours des dix dernières années, les gouvernements de l'Union Européenne ont été encouragés à collecter des données sur le volume et la qualité de tous les effluents d'eaux urbaines ayant un impact environnemental significatif sur les milieux aquatiques récepteurs. Les méthodes de surveillance de ces flux nécessitent des améliorations, en particulier pour les déversoirs d’orage, structures complexes responsables en grande partie de la dégradation de la qualité des milieux récepteurs. Le DSM-flux (Dispositif pour la surveillance et maîtrise des flux d'eaux et polluants des réseaux d'eaux pluviales et unitaires) est un nouveau dispositif préfabriqué et pré-étalonné qui garantit les conditions hydrauliques appropriées permettant de mesurer les débits et volumes déversés ainsi que les concentrations et masses de polluants qui y sont transportés. Dans cette thèse, une relation permettant de mesurer le débit au passage du DSM-flux a été construite grâce à une étude expérimentale sur modèle physique réduit, puis validée pour plusieurs configurations d'écoulement à l'amont du dispositif. Quelles que soient les conditions hydrauliques en amont, les incertitudes relatives sont inférieures à 15% et 2% pour les débits et les volumes étudiés, respectivement, ce qui reste équivalent, voire mieux, par rapport aux incertitudes des méthodes actuelles les plus fiables. La méthode de mesure a été validée in situ sur un dispositif à grande échelle construit sur le terrain et fonctionnant en conditions réelles, ce qui montre la robustesse de la méthode. De plus, grâce à sa conception originale, le DSM-flux favorise l'interception d'une fraction des polluants particulaires. L’hydrodynamique de ce dispositif de mesure a été analysée ainsi que les conditions qui engendrent la décantation des polluants particulaires. En fonction des conditions d'écoulement, ce dispositif peut retenir 50% de la masse totale des matières solides fines en suspension transitant par le dispositif, mais pour des écoulements à débits élevés, cette efficacité est significativement réduite. Sa capacité de rétention a été aussi observée sur le terrain et une méthodologie a été élaborée pour quantifier son efficacité de rétention lors d'études futures. Mise à part sa performance hydraulique, du point de vue opérationnel, le dispositif présente d’autres avantages par rapport à d’autres dispositifs existants : (i) il est pré-étalonné et peut être installé à l’aval de déversoirs d’orage déjà existants, (ii) il peut s’insérer directement au sein du canal de décharge (installation d’un regard de visite équipé d’un DSM), (iii) sa performance hydraulique est indépendante des conditions de l’écoulement à l’amont et (iv) il s’agit d’un dispositif intégré de mesure de débits et de leur qualité simultanément, en plus d’intercepter une partie de polluants particulaires. / Over the past decade, European Union governments have encouraged to collect data on the volume and quality of all urban water effluents with a significant environmental impact on receiving aquatic environments. Methods for monitoring these flows require improvements, particularly for combined sewer overflows, which are complex flows that contribute in significant proportion to the degradation of the quality of the receiving waters. The DSM-flux (Device for Stormwater and combined sewer flows Monitoring and the control of pollutant fluxes) is a new pre-calibrated and pre-designed device that guarantees the appropriate hydraulic conditions for measuring discharged flows and volumes as well as the concentrations and mass loads of pollutants carried in suspension by the flow. In this PhD work, a relationship allowing to measure the flow rates conveying through the DSM-flux was determined thanks to an experimental study on a small-scale physical model, and then validated for several flow configurations upstream of the device. Whatever the upstream hydraulic conditions are, the relative uncertainties are less than 15% and 2% for the flow rates and volumes studied, respectively, which is equivalent to the uncertainties of the most reliable current methods. The monitoring methodology was validated in situ in a large-scale device installed at the field and operating in real conditions, which shows the robustness of the method. Moreover, thanks to its original design, the DSM-flux allows the interception of a fraction of particulate pollutants. The hydrodynamics of this monitoring device were analysed as well as the conditions that cause the settling of particulate pollutants. Depending on the flow conditions, this device can retain 50% of the total mass of fine suspended solid matter transiting through the device, but for flows at high discharge rates, this efficiency is significantly reduced. Its retention capacity has also been observed in the field and a methodology has been developed to quantify its retention efficiency in future studies. Apart from its performance, from an operational point of view, the device has other advantages compared to other current devices: (i) it is pre-calibrated and can be installed downstream from existing combined sewer overflows, (ii) it can be directly installed through a manhole in the discharge channel, (iii) its hydraulic performance is independent from the flow conditions upstream, and (iv) it is an integrated monitoring device, measuring flow rates and their quality simultaneously, in addition to intercepting a part of the particulate pollutants.