L'étude de la houle multi-directionnelle fait partie des objectifs prioritaires du Laboratoire de Mécanique des Fluides, récemment doté d'un bassin de houle de grandes dimensions. Pour exploiter au mieux ces nouvelles capacités, l'objectif de cette thèse est d'acquérir des compétences concernant autant la génération des vagues directionnelles et l'analyse des mesures que la compréhension fine des phénomènes non linéaires associés à la houle.<br />Pour aider à la compréhension et à la maîtrise des effets non linéaires, deux modèles numériques reproduisant dans le domaine temporel toutes les fonctionnalités du bassin sont développés et validés (générateur de type serpent, murs latéraux, plage absorbante, profondeur finie). Ces modèles sont basés sur une méthode spectrale de résolution des équations potentielles. Le premier modèle est développé au second ordre en série de perturbation ; le second en non linéaire complet (approximation HOS).<br />Les techniques de génération existantes s'appuyant sur la réflexion sur les murs latéraux pour agrandir la zone de mesure utile sont employées dans les bassins numériques et expérimental. Le développement d'une solution analytique fréquentielle de la génération au second ordre permet de corriger le mouvement batteur en supprimant les ondes libres parasites dues aux non-linéarités.<br />Le problème de la reproduction déterministe de séquences de houle est abordé à travers l'étude des paquets de vagues focalisés. En 2D, un modèle partiel au troisième ordre estime les vitesses de phase non linéaires nécessaires à la prédiction correcte du mouvement batteur. En 3D, un modèle linéaire est employé pour traiter de la directionnalité.

Ce travail traite des aspects macroscopiques et microscopiques de l'écorce interne d'une étoile à neutrons, formée d'un solide de noyaux plongé dans un superfluide de neutrons. Une première partie expose une formulation quadridimensionnelle covariante de l'hydrodynamique non relativiste d'un mélange de fluides parfaits, basée sur un principe variationnel convectif. Ce formalisme est appliqué à la description de l'écorce, comme un mélange de deux fluides, un superfluide de neutrons et un plasma de noyaux et d'électrons, couplés par un entraînement non dissipatif. La seconde partie est dédiée à l'étude microscopique de cet entraînement.<br />Appliquant des méthodes de champ moyen au-delà de l'approximation de Wigner-Seitz, nous montrons que cet entraînement résulte de la diffraction de Bragg des neutrons libres sur les noyaux. Celle-ci se traduit par une masse de neutron effective "mésoscopique", qui, contrairement à la masse effective "microscopique", est très grande devant la masse "nue", dans les couches intermédiaires.

Dans cette thèse on discute l'influence des plasmons de surfaces sur l'effet Casimir entre deux miroirs métalliques plans et parallèles placés à une distance arbitraire. En utilisant le model plasma pour décrire la réponse optique du métal, on exprime l'énergie de Casimir comme une somme des contributions associées aux modes évanescents relatifs aux plasmons de surface et aux modes propagatifs de la cavité. Contrairement à une ce qu'on pouvait attendre, la contribution des modes plasmoniques est essentielle à toute distance afin d'assurer le correct résultat pour l'énergie de Casimir. Un des deux modes plasmoniques génère une contribution répulsive qui compense la contribution attractive provenant des modes propagatifs de la cavité, alors que les deux contributions, prises séparément, sont beaucoup plus importantes que la valeur réelle pour l'énergie de Casimir. Cela suggère qu'il est possible d'ajuster le signe de la force de Casimir en manipulant les plasmons de surface.

Dans cette thèse, nous présentons des outils de modélisation destinés à l'étude des composants optoélectroniques et des méthodes d'optimisation permettant d'en tirer encore plus de profit. Afin de modéliser différents composants optoélectroniques sur InP, nous avons mis au point un logiciel fondé sur la méthode des faisceaux propagés (BPM) afin d'étudier la propagation et l'absorption de la lumière, et un modèle hydrodynamique afin de modéliser leur comportement électronique. Nous avons réalisé une recherche bibliographique pour regrouper les données matériaux nécessaires. Le premier composant que nous avons étudié et optimisé est un phototransistor à hétérojonction InP/InGaAs pour les applications hyperfréquences. Nous avons exposé son fonctionnement et montré ses possibilités et limites. Sa structure optique de type guide d'onde peut être améliorée par l'ajout d'une couche de quaternaire. On peut envisager la réalisation de phototransistors à double hétérojonction pour les applications de puissance. Nous avons ensuite étudié des photodiodes PIN-guide à très fort coefficient de couplage et grande tolérance d'alignement. Différentes solutions ont été envisagées. Nous avons montré l'intérêt des « structures lentillées », comportant plusieurs couches de confinement d'indices optiques progressifs, et étudié leurs performances optiques et électriques. Pour optimiser ces structures, nous avons mis au point un algorithme Monte Carlo couplé à une BPM-2D, qui permet de tester des milliers de structures aléatoires. Enfin, nous avons réalisé un Algorithme Génétique couplé à une BPM-2D et avons montré son intérêt pour l'optimisation de composants optoélectroniques avec de nombreux paramètres et des objectifs multiples. Ce type d'algorithme est fondé sur la théorie de l'évolution de Darwin. Nous l'avons appliqué à l'optimisation de commutateurs optique à réflexion interne totale et de commutateurs cascade.

Dans certains regimes hypersoniques, le rayonnement peut enormement modifier l'ecoulement aerodynamique. Pour de telles applications, il est important d'avoir un modele qui realise un couplage fort entre l'hydrodynamique et le transfert radiatif afin d'avoir un bon comportement de la solution. Cependant, le couplage avec l'equation du transfert radiatif est en general extremement couteux et donc peu raisonnable pour des simulations multidimensionnelles instationnaires. Notre choix est d'utiliser un modele aux moments pour la partie rayonnement, ce qui est bien moins couteux. Celui-ci est base sur une fermeture entropique a la Levermore qui permet de conserver les principales proprietes de la physique. On developpe une version multigroupe de ce modele afin de pouvoir traiter des cas realistes tres dependants de la frequence. Le systeme couple resultant est hyperbolique et possede des proprietes interessantes qui sont etudiees. Ce modele radiatif est couple avec les equations de Navier-Stokes avec une approche totalement implicite et fortement couplee. De plus, pour gagner de la place memoire, on choisit d'utiliser une methode sans Jacobienne, en pratique une methode de type GMRes preconditionne. Cette methode se revele assez rapide pour pouvoir simuler des applications realistes a un cout de calcul raisonnable, ce qui n'est pas le cas de la plupart des modeles courament utilises dans la litterature. Plusieurs applications sont donnees pour illustrer le bon comportement du modele a la fois dans des configurations academiques simplifiees ou l'on peut faire des comparaisons et dans des configurations realistes comme l'ecoulement lors de l'entree atmospherique de sondes superorbitales.

L'exploitation de pétrole s'accompagne de la modification des conditions thermodynamiques internes du puits et favorise, entre autres, la formation de dépôts minéraux pouvant obstruer les pores micrométriques de la formation rocheuse, rendant difficile l'extraction d'huile. L'efficacité du traitement anti-dépôts dépend de la concentration minimale d'inhibiteur et de la vitesse de relargage du produit. Dans ce contexte, nous avons étudié deux techniques d'encapsulation permettant d'obtenir un système préventif à libération prolongée contenant un polyélectrolyte anionique comme additif modèle. La première consiste en la formation de nanoparticules de polyélectrolytes complexés. La libération de l'actif encapsulé y a été stimulée par la modulation de la salinité du milieu. À pH basique, la libération de l'actif a lieu via le mécanisme de gonflement /dissociation des particules, à pH acide aucune libération ne parait avoir lieu car les objets précipitent. Le second système est une émulsion inverse (E/H) diluée contenant un actif modèle en phase dispersée. Ces systèmes sont stables et un faible pourcentage d'actif est libéré sous contrainte mécanique.

Jusqu'à ce jour, l'hydrologie urbaine liée à l'assainissement pluvial utilise un très grand nombre de modèles pour représenter les deux phénomènes évolutifs, le ruissellement et l'écoulement. Ces modèles sont pseudo-empiriques, restreints à leur champ d'application et sans véritables assises théoriques. Il nous semble fondamental de revenir sur la définition de ces modèles afin de dégager leurs valeurs cognitives et pragmatiques, leurs intersections syntaxiques, ainsi que les liaisons qu'ils peuvent avoir avec l'hydrodynamique. Après avoir approfondi la définition des modèles empiriques existants, nous mettons à jour les liaisons qu'ils ont avec l'hydrodynamique. Ces liaisons leur donnent une assise théorique et permettent d'élaborer un modèle de ruissellement et d'écoulement qui généralise l'ensemble des modèles filtres existants Ce travail est indispensable à la bonne utilisation des modèles ainsi qu'à tout nouveau développement

Le travail présenté dans ce mémoire est consacré à la caractérisation hydrodynamique in situ des sols, au voisinage de la saturation, par l'utilisation des infiltromètres à disques à succion contrôlée. L'étude s'articule autour de trois parties. La première partie fait l'inventaire des méthodes existantes fondées sur l'analyse des régimes permanents d'infiltration axisymétrique appliquée à la solution de Wooding. On montre que celle reposant sur l'application d'une série de potentiels imposés est la plus stable et n'est pas limitée aux sols quasi-linéaires. La deuxième partie montre comment exploiter, dans la pratique, une équation simple du régime transitoire axisymétrique pour déterminer la sorptivité capillaire et la conductivité hydraulique des sols non saturés sans atteindre le régime permanent. Dans cet objectif, une nouvelle méthode de détermination de la sorptivité aux temps courts est proposée, prenant en compte les effets de la couche de sable de contact. Diverses méthodes sont ensuite proposées, testées numériquement et comparées avec l'approche classique, pour l'estimation de la conductivité. On montre que les ordres de grandeur comparables entre effets gravitaire et capillaire latéral sur l'écoulement, pour la plupart des sols "en place", autorisent la détermination à la fois de la sorptivité et de la conductivité. Une nouvelle échelle de temps caractéristique, prenant en comple la combinaison de ces deux effets, peut être calculée pour les infiltromètres à disque. La troisième partie traite le cas des sols encroûtés pour lesquels les méthodes classiques ne peuvent être appliquées. L'utilisation d'un minitensiomètre couplé avec l'infiltromètre permet de discriminer les phases d'infiltration dans la croûte et dans le sol sous-jacent. La conductivité hydraulique de la croûte est ensuite estimée à partir d'une série de mesures de sorptivité. Les valeurs ainsi obtenues sont validées, par comparaison de mesures de ruissellement. avec les prédictions fournies par un modèle d'infiltration bi-couche reposant sur le principe de Green et Ampt. On montre l'impact considérable de la présence de croûtes d'épaisseur centimétrique sur les volumes ruisselés.

La présence d'air dans le sol agit sur l 'écoulement de l'eau en augmentant les frottements visqueux. Elle influe également sur le transfert de matière soluble en faisant apparaitre des zones d'eau stagnante au sein du milieu poreux. Cette eau stagnante se comporte alors comme un "puits "pour la substance soluble, l'échange entre eau mobile et eau immobile se faisant par diffusion moléculaire. L'étude de transfert d'eau et de soluté en présence d'une phase gazeuse, à concentration volumique variable, est abordée en trois étapes : - après une revue des travaux antérieurs on présente un dispositif de mesure non-destructif original permettant d'acquérir des données fiables dans le milieu poreux. L'analyse des données expérimentales a mis en évidence l'effet de la désaturation en eau sur les transferts des substances chimiques transportées par l'eau. - en tenant compte des résultats expérimentaux on propose ensuite une description et une modélisation mathématique des transferts d'eau et de soluté. Les paramètres intervenants dans la modélisation sont évalués à partir de certaines expériences. - on résout enfin numériquement le système d'équations fourni par la modélisation par la méthode des différences finies. La comparaison entre les résultats expérimentaux non utilisés pour la détermination des paramètres et les valeurs calculées montre que le modèle proposé donne une description tout à fait satisfaisante de la réalité physique. De plus, les lois de variation des paramètres obtenues pour un sol sableux, étendues à un sol argileux mettent en évidence que la fraction d'eau immobile est une donnée essentielle du transfert et que les études futures devront être orientées sur ce point.

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.