The dynamics wetting of fiber is of crucial importance in the fields, such as composites, optical fiber or textile industries. It is therefore valuable to acquire a clear understanding of the fundamental physical mechanisms which govern this phenomenon. In the case of partial wetting, it is assumed that the loss of energy due to the change in shape of the liquid-fluid interface (surface tension) is balanced by two channels of dissipation. One is associated with the viscosity of the liquid (hydrodynamics), whereas the other is due to the friction between the liquid and the solid (molecular-kinetic theory). Translated into equations, this original approach leads to the conclusion that the friction regime should precede the hydrodynamic one for a low viscosity liquid. The crossover time between the two regimes is calculated and shown to be material dependent. To validate these theoretical predictions, both experiments and large scale molecular dynamics simulations of the spontaneous spreading of a liquid along a fiber are run. The experiments consist in capturing images of meniscus formation around the fiber via a high speed camera. For each image, the liquid-air profile is extracted and fitted to a solution of the Laplace equation yielding the contact angle and the height of the meniscus as a function of the time. For low viscosity liquid it is found that the measured dynamic contact angle follows the friction regime, whereas for higher viscosity liquid the viscous regime is recovered as presented theoretically. The same kind of procedure is followed to study the wetting of a nanofiber by molecular dynamics. The properties of the liquid are first assessed (viscosity, shape of the molecule, molecular volume). Because of the very low viscosity of the model liquid, it is expected that the friction between the liquid and the solid is the dominant channel. Indeed, the data from the simulation validates this assumption. Moreover, according to the results of the simulation, it is also confirmed that for a given equilibrium contact angle, a maximum of speed wetting occurs. Actually, a low (or high) equilibrium contact angle involves both a strong (or weak) driving force and adhesion of the liquid molecules to the solid atoms. These opposite effects do not simply cancel out and therefore lead to the existence of a maximum rate at which a liquid can wet a solid. To examine in detail this last statement, the forced wetting of fiber is studied by molecular dynamics. The fiber, at a constant velocity, goes through the meniscus of a liquid which is consequently elongated. Stationary receding and advancing contact angles are then measured as a function of the fiber velocity. It is found that the contact angle dependence on the fiber velocity follows the molecular-kinetic theory, thereby confirming the existence of a maximum. Moreover, a comparison between the values of the microscopic parameters obtained via the adjustement of the theory and a direct measurement of these parameters permits us to check the validity of the chosen theory as well as the reliability of the simulation tool. Finally in order to study the wetting of fibrous materials like fabrics, an effective system is studied via molecular dynamics. It is shown that the measurements of capillary imbibition and droplet spreading are well modelled by a set of equations taking into account the conservation of the volume of the liquid, the influence of a dynamic contact angle inside the pore and the spreading on top of the surface. This single pore geometry is extended theoretically to the case of multiple non-interconnected pores. The time required to absorb the droplet completely is then calculated.

Lobjet du présent travail est létude expérimentale et théorique de lhydrodynamique des écoulements dans des colonnes à garnissage et, plus particulièrement, lanalyse par tomographie à rayons X de la distribution spatiale des phases liquide et solide dans des lits fixes parcourus par un écoulement de liquide. La distribution des phases est observée à différents niveaux, depuis léchelle locale jusquà léchelle de la colonne dans son ensemble. Lintroduction permet tout dabord de rappeler les principales applications industrielles des colonnes à garnissage, ainsi que les caractéristiques particulières associées à chacune dentre elles. Lhydrodynamique des écoulements dans ce type dappareils résulte de phénomènes extrêmement complexes, intervenant à une échelle très petite. Cet état de choses a poussé les chercheurs à développer des modèles de plus en plus détaillés, dont la validation requiert une connaissance de plus en plus fine de la répartition des phases au sein des lits fixes. Lobtention de mesures à une échelle très locale savère donc indispensable. Après un bref rappel des différentes techniques de mesure plus ou moins locales qui ont été appliquées, dans le passé, à létude des écoulements dans des colonnes à garnissage, lensemble des techniques tomographiques, ainsi que leurs principaux champs dapplication sont présentés. Parmi ces applications, la tomographie à rayons X semble particulièrement bien adaptée, car elle permet daccéder à une cartographie complète de la distribution spatiale des différentes phases présentes dans une colonne à garnissage de relativement grandes dimensions. Le chapitre I présente en détail les bases de la technique expérimentale utilisée. La tomographie consiste à reconstruire limage dune section droite dun objet à partir de données de transmission, obtenues en illuminant cet objet sous un grand nombre dangles différents. Lalgorithme permettant de reconstruire les images à partir des données de projection est lalgorithme de rétro-projection filtrée, adapté à la géométrie du dispositif de radiographie (faisceau plan angulaire et détecteurs colinéaires équidistants). Cet algorithme, qui est le plus utilisé en pratique, a dû être modifié pour tenir compte dimperfections géométriques existant au niveau du dispositif de mesure. Le chapitre II décrit linstallation expérimentale, qui comprend le tomographe à rayons X, la colonne à garnissage et leurs éléments périphériques respectifs. Le tomographe consiste en un dispositif de radiographie (source de rayons X et détecteur linéaire) fixé sur un manipulateur. Le pilotage de linstallation, ainsi que lacquisition des données expérimentales sont réalisés grâce à un pupitre de commande et à un P.C. Le dispositif de tomographie permet de réaliser des images de sections droites dune colonne à garnissage, irriguée grâce à un dispositif dalimentation et dévacuation des fluides. Après une description relativement détaillée de tous ces éléments, le mode opératoire suivi pour la réalisation des différentes mesures expérimentales est présenté. Dans les chapitres III à V sont regroupés les différents résultats expérimentaux, ainsi que les discussions et commentaires sy rapportant. Le chapitre III présente les différents essais réalisés en vue de valider le dispositif de tomographie. Dans ce but, des objets de forme et de taille connues ont été radiographiés. La confrontation des images reconstruites et des objets originaux permet deffectuer cette validation, mais également dapprécier la résolution de la technique tomographique de mesure. Le chapitre IV expose les résultats obtenus sur base des images de sections droites de la colonne sèche. Dans un premier temps, les différentes opérations effectuées sur les images, après leur reconstruction, sont décrites. Ces opérations ont pour but de donner une signification physique réelle aux valeurs des pixels composant les images, mais également daméliorer la représentation graphique de ces dernières. Une des premières grandeurs calculées sur les sections reconstruites est la fraction de vide de lempilage. Les valeurs de porosité ainsi calculées sont comparées à dautres valeurs obtenues expérimentalement, ainsi quaux valeurs annoncées par les fabricants dempilages. Une dimension caractéristique, propre à chacun des types dempilage, est ensuite calculée grâce à lapplication de différentes méthodes comme lanalyse de lentropie de configuration, lanalyse de la distribution de la fraction de solide ou encore lanalyse de la fonction dautocorrélation. La dimension caractéristique ainsi déterminée permet daccéder à la taille des cellules élémentaires susceptibles de représenter la morphologie de la phase solide dans le cadre dune modélisation des phénomènes hydrodynamiques intervenant au sein du lit fixe. Après une brève conclusion récapitulative, la dernière partie du chapitre IV est consacrée à la visualisation des différentes échelles caractéristiques présentes dans les images analysées. Le chapitre V décrit les résultats obtenus sur base des images de sections droites de la colonne irriguée. Dans un premier temps, les images obtenues sur des sections irriguées font lobjet dune analyse purement qualitative. Cette analyse permet dobserver linfluence exercée par le distributeur de liquide sur la distribution du liquide au sein de sections droites situées à différentes hauteurs au sein de la colonne, pour différentes valeurs du débit de liquide. Elle permet également dobserver la corrélation existant entre les distributions des phases liquide et solide au sein de la colonne. Ensuite, les valeurs globales de la rétention de liquide calculées sur base des valeurs des pixels composant les images reconstruites sont confrontées à des valeurs de rétention obtenues par dautres méthodes, expérimentales ou théoriques, afin de valider les résultats obtenus par tomographie. Dans ce but, des comparaisons sont effectuées avec des résultats expérimentaux présentés dans la littérature, avec des valeurs de rétentions mesurées par essais de traceur, ainsi quavec des valeurs calculées grâce à des corrélations proposées dans la littérature et plus particulièrement grâce à la corrélation issue dun modèle découlement en canaux. Un modèle hydrodynamique basé sur une approche probabiliste est ensuite utilisé pour modéliser lhydrodynamique au sein de la colonne à garnissage. Cette approche permet non seulement de rendre compte de lévolution des valeurs globales de la rétention de liquide, mais également de modéliser la distribution des valeurs locales de la vitesse du liquide dans les différentes sections de la colonne à garnissage. Pour terminer, la conclusion résume lensemble des résultats issus de la présente étude, avant de lancer quelques pistes pour des travaux de recherche à venir.

La région de Tadjan-Néka nous a paru favorable pour effectuer un travail dont l'objectif a été l'étude statistique de l'hydrodynamique de l'eau dans un cycle fermé. L'évaporation sur la mer Caspienne, les précipitations sur le flanc nord de l'Alborz et l'écoulement à la Caspienne nous offraient les conditions d'un cycle fermé de l'eau. Des données brutes hydroclimatologiques non exploitées, accumulées depuis plusieurs années, un inventaire des puits et des sources fait par le Département des eaux souterraines de l'Iran, des analyses isotopiques et une carte topographique au 1:250 000e favorisaient une étude statistique . L'absence de carte géologique détaillée nous a amené à effectuer ce travail en relation avec les études hydrogéologiques. Nous avons aussi utilisé les travaux antérieurs - carte géologique 1:50000 de la zone Néka-Sari, par Stoklin, - carte géologique 1:250 000 de la zone Kiassar, par notre groupe de N.I.S.C. Nous avons porté également une attention particulière à l'évaluation des ressources en eau de la région. En ce qui concerne la méthodologie et la présentation de ce travail, nous avons cherché à éviter la description répétée de calculs identiques et nous avons choisi de ne donner qu'un .exemple caractéristique de chaque type de raisonnement ou de calcul.

La région de Koula-Nossombougou située à environ une centaine de kilomètres au Nord de Bamako fait partie du grand ensemble géomorphologique que constituent les plateaux Mandingues. L'étude géologique : coupes d' affleurement et de forage a permis d'y individualiser une série constituée de formations gréso-schisteuses dans lesquelles s'intercale un niveau de calcaires surmontés de jaspes et à laquelle nous avons donné le nom de la région. La présence de ce niveau de calcaires et de jaspes a conduit à rattacher la série de Koula-Nossombougou à la série de Nara , cambrienne, dont elle serait séparée par le "seuil" précambrien de Kolokani-Banamba. Les formations de la série de Koula-Nossombougou ne doivent leurs capacités aquifères qu'à la présence d'un réseau dense de fracturations et surtout à celle d'importantes intrusions de dolérites. La mise en place fissurale de ces dernières a provoqué l'élargissement des fractures et la fissuration des zones de contact favorisant l'infiltration et la circulation des eaux. Les aquifères sont discontinus et présentent une forte hétérogénéité verticale avec la stratification des zones perméables donnant naissance à des nappes semicaptives à captives. Le niveau des calcaires et des jaspes constitue le principal aquifère. L'implantation des forages nécessite la mise en oeuvre de méthodes de prospections géophysiques: électrique, magnétique. La complexité du mode d'infiltration et de circulation se reflète dans la minéralisation, la composition isotopique des eaux , ainsi que les pompages d' essai. Malgré le déficit pluviométrique de ces dernières années,les nappes se rechargent annuellement.

La première partie de ce travail traite de la modélisation et de la simulation de l'hydrodynamique et du transfert de matière dans les réacteurs à lit fixe arrosés. Le milieu poreux a été considéré comme un continuum par prise de moyenne des équations de transport microscopiques. Différents modèles prenant en compte l'effet de paroi de notre système ont été proposés, résolus et confrontés à des résultats expérimentaux. Les résultats obtenus sont assez satisfaisants, et ont permis de choisir les modèles les plus appropriés. Des modèles plus complexes, établis grâce aux résultats expérimentaux, devraient permettre d'améliorer la qualité des simulations. Dans une seconde partie, l'étude locale de l'hydrodynamique a été menée, essentiellement à l'aide de microélectrodes insérées dans un pore, qui permettent la mesure par voie électrochimique des gradients de vitesse. En écoulement de liquide seul, les limites des régimes d'écoulement ont été déterminées. On a pu confirmer le comportement turbulent à fort débit et caractériser l'écoulement du fluide au sein d'un pore, notamment à l'aide des auto- et intercorrélations des mesures. Enfin, nous avons utilisé un modèle de renouvellement de surface couplé à la méthode VITA (Variable Interval Time Averaging) pour calculer le gradient de vitesse moyen. En écoulement gaz-liquide, la technique électrochimique est moins intéressante. Nous avons par contre pu caractériser les écoulements pulsés à l'aide de sondes de pression en paroi.

La région de Damghan-Chahroud qui fait l'objet de cette étude se situe au N.E. de l'Iran, à l'Est de la province de Damghan et à l'Ouest de la province de Chahroud, en bordure du Kavir de sel, et au pied sud de la chaîne de l'Elbourz. Dans cette région, il existe les problèmes suivants: 1) la cote élevée de la ville et la profonntdeur de la nappe de la plaine qui est supérieure à l50m rende difficile le pompage d'eau vers la ville; 2) les nappes de la plaine alluviale sont riches en sulfates, du fait de l'existence des sédiments marneux gypsifères du Néogène; 3) l'évapotranspiration intense dans la plaine de Mehmandoust a donné naissance à un bassin d'évaporation et la nappe superficielle au Sud présente une eau très salée .Il y a des dépôts de sel sur le terrain (Kavir du sel où plaine salifère; 4) le climat de la région est aride au Sud de Damghan et semi-aride mais tempéré au Nord. Les moyennes des précipitations de la plaine dépassent rarement l50mm, mais les précipitations sur 'les omontagnes au Nord sont plus abondantes, et l'on a beaucoup de neige pendant l'hiver. Dans les chapitres suivants nous allons vérifier les différents problèmes qui existent dans la recherche d'eau potable dans les pays arides et aussi semi-arides.

Cette thèse est une étude théorique et expérimentale de l'écoulement d'un fluide dans un cylindre en précession. Elle s'inscrit dans le domaine des écoulements tournants et trouve de nombreuses applications en aéronautique (précession des objets volants avec carburant liquide) et géophysique (influence de la précession terrestre sur la dynamique du noyau externe). Pour des nombres de Reynolds modérés, l'écoulement d'un fluide en précession est une rotation solide à laquelle se superposent des ondes appelées modes de Kelvin. Ces ondes deviennent résonnantes lorsque leur fréquence propre est égale à la fréquence de précession. Afin de prédire l'amplitude d'un mode de Kelvin résonnant, une théorie visqueuse et faiblement non-linéaire a été développée puis confirmée expérimentalement. Lorsque le nombre de Reynolds augmente, l'écoulement de base devient instable. Des mesures PIV ont montré que cette instabilité est due à une interaction entre le mode forcé par la précession et deux modes de Kelvin libres. Une analyse linéaire de stabilité basée sur un mécanisme de résonance triadique entre modes de Kelvin permet de prédire correctement le seuil et le taux de croissance de l'instabilité. Cette instabilité est saturée par un mode géostrophique créé par l'interaction non-linéaire et visqueuse des modes de Kelvin libres avec eux même. En accord avec les expériences, une théorie faiblement non-linéaire montre que les amplitudes des modes de Kelvin sont stationnaires ou oscillantes (cycles intermittents) en fonction du nombre de Reynolds. Finalement, le point fixe des équations non-linéaires (système dynamique à quatre degrés de liberté) prédit correctement l'écoulement moyen à l'intérieur du cylindre, même pour des très grands nombres de Reynolds (i.e. Re > 50000).

Ce travail porte sur l'étude expérimentale du comportement dynamique d'une éolienne flottante sous l'action conjuguée de la houle et du vent. Pour cela, un nouveau moyen d'essai permettant la génération de vent a été développé sur le bassin de houle de l'École Centrale de Nantes. La qualification aérodynamique de ce dispositif a mis en évidence un faible taux de turbulence et une bonne homogénéité spatiale. Ce dispositif permet également la génération de fluctuations de vitesse basses fréquences par contrôle de la vitesse de rotation des ventilateurs. Dans un second temps, un modèle réduit d'éolienne flottante a été dimensionné à l'échelle du 1/50e suivant une méthodologie adaptée à ce type d'essai. Cette maquette a ensuite été étudiée en bassin afin de caractériser son comportement sous l'action de la houle et du vent. L'influence de la direction principale de la houle par rapport au vent ainsi que d'un vent fluctuant possédant les caractéristiques d'un spectre de vent marin est aussi évoquée dans ce document. Les résultats de ces essais ont finalement fait l'objet d'une première comparaison avec un modèle numérique développé au LHEEA. Parallèlement, les résultats des essais ont également été comparés avec une approche simplifiée remplaçant le rotor par un disque équivalent en termes de traînée aérodynamique afin de valider ou non ce type de simplification.

L'utilisation des pompes centrifuges à volute joue un rôle important dans divers secteurs de l'industrie en général. Parmi eux on peut mentionner l'automobile, la construction des installations navales, etc. Elles sont couramment employées par leurs prestations concernant leurs performances globales et leur comportement hydroacoustique. Il est bien connu que le comportement du fluide interne est caractérisé par des fortes interactions entre les parties mobiles et fixes qui sont à l'origine du bruit et des vibrations. Dans les cas des pompes centrifuges, le bruit se caractérise particulièrement à la fréquence aubage dû à l'interaction hydrodynamique entre la roue et le bec de volute. L'intensité de cette excitation, qui dépend de la géométrie et des conditions de fonctionnement, peut être nuisible dans certaines conditions et exigences. Les travaux de recherche effectués nous ont permis de contribuer à l'analyse et à la maîtrise des fluctuations de pression dans les pompes centrifuges grâce aux apports conjugués de simulations numériques et d'études expérimentales spécifiques. Une procédure numérique de prédiction du bruit tonal à la fréquence aubage est développée et validée par comparaison aux essais expérimentaux. En outre, l'amélioration des algorithmes numériques ainsi que le développement du matériel informatique ont permis l'émergence de codes de simulation d'écoulements plus avancés. Cependant, étant donné les exigences de précision pour prédire les fluctuations de pression et la difficulté des codes commerciaux d'atteindre des schémas d'ordre élevé nous mènent à développer notre propre code. Ce nouveau code (FV-MLS) plus précis, basé sur la méthode de volumes finis et les approximations de moindres carrés mobiles (Moving Least Squares - MLS), est couplé avec la technique de maillage glissant pour être appliqué dans une configuration 2D d'une pompe centrifuge.

La génération de fréquences discrètes dans l'écoulement autour d'un profil d'aile est étudiée dans cette thèse au moyen de simulations numériques non-linéaires et d'études de stabilité globale. À cette fin, un code numérique mettant en œuvre une nouvelle technique pour accéder à la dynamique linéaire, directe et adjointe, a d'abord été développé et ensuite appliqué à l'écoulement autour d'un profil. Les simulations non-linéaires confirment l'apparition de fréquences discrètes dans le spectre sonore, et pour le cas considéré, l'analyse de stabilité globale de la dynamique linéaire de l'écoulement moyen montre que celle-ci est stable. Cependant, la réponse de l'écoulement à des perturbations incidentes révèle de fortes croissances transitoires amenant à l'établissement de cycles de rétroaction aéroacoustique. Ces cycles comprennent la croissance des instabilités hydrodynamiques dans les couches limites sur l'intrados et l'extrados ainsi que leurs interactions avec les radiations acoustiques du bord de fuite. Les processus associés à l'apparition des fréquences discrètes dans le spectre sonore ainsi que les cycles de rétroaction sont ensuite mis en relation avec les modes globaux les moins stables: d'un coté, la structure spatiale des modes directs montre la croissance des instabilités hydrodynamiques sur l'extrados et la zone du sillage proche du bord de fuite; d'un autre coté, les modes adjoints associés présentent l'intrados comme la zone la plus réceptive à des perturbations externes. Finalement, l'analyse de la région dite du wavemaker indique, en accord avec les expériences, le rôle fondamental de la couche limite sur l'intrados.