Cette thèse vise à améliorer notre compréhension des cartes planaires aléatoires décorées par les modèles de physique statistique. On examine trois modèles particuliers à l'aide des outils provenant de l'analyse, de la combinatoire et des probabilités. Dans une perspective géométrique, on se concentre sur les propriétés des interfaces et les limites locales des cartes aléatoires décorées. Le premier modèle consiste en une famille de quadrangulations aléatoires du disque décorées par un modèle de boucles O(n). Après avoir complété la preuve de son diagramme de phase initiée par [BBG12c] (chap. II), on étudie les longueurs et la structure d'imbrication des boucles dans la phase critique non-générique (chap. III). On montre que ces statistiques, décrites par un arbre étiqueté, convergent en loi vers une cascade multiplicative explicite lorsque le périmètre du disque tend vers l'infini. Le deuxième modèle (chap. IV) consiste en une carte planaire aléatoire décorée par la percolation de Fortuin-Kasteleyn. On complète la preuve de la convergence du modèle esquissée dans [She16b] et établit un certain nombre de propriétés de la limite. Le troisième modèle (chap. V) est celui des triangulations aléatoires du disque décorées par le modèle d'Ising. Il est étroitement lié au modèle des quadrangulations décorées par un modèle O(n) quand n=1. On calcule explicitement la fonction de partition du modèle muni des conditions au bord de Dobrushin au point critique, sous une forme exploitable pour les asymptotiques. À l'aide de ces asymptotiques, on étudie le processus d'épluchage le long de l'interface d'Ising dans la limite où le périmètre du disque tend vers l'infini. Mots clés. Carte planaire aléatoire, modèle de boucles O(n), percolation de Fortuin-Kasteleyn, modèle d'Ising, limite locale, géométrie d'interfaces. / The aim of this thesis is to improve our understanding of random planar maps decorated by statistical physics models. We examine three particular models using tools coming from analysis, combinatorics and probability. From a geometric perspective, we focus on the interface properties and the local limits of the decorated random maps. The first model defines a family of random quadrangulations of the disk decorated by an O(n)-loop model. After completing the proof of its phase diagram initiated in [BBG12c] (Chap. II), we look into the lengths and the nesting structure of the loops in the non-generic critical phase (Chap. III). We show that these statistics, described as a labeled tree, converge in distribution to an explicit multiplicative cascade when the perimeter of the disk tends to infinity. The second model (Chap. IV) consists of random planar maps decorated by the Fortuin-Kasteleyn percolation. We complete the proof of its local convergence sketched in [She16b] and establish a number of properties of the limit. The third model (Chap. V) is that of random triangulations of the disk decorated by the Ising model. It is closely related to the O(n)-decorated quadrangulation when n=1. We compute explicitly the partition function of the model with Dobrushin boundary conditions at its critical point, in a form ameneable to asymptotics. Using these asymptotics, we study the peeling process along the Ising interface in the limit where the perimeter of the disk tends to infinity.Key words. Random planar map, O(n) loop model, Fortuin-Kasteleyn percolation, Ising model, local limit, interface geometry.

L’injection directe à haute pression du carburant dans les moteurs à combustion interne permet une atomisation compacte et efficace. Dans ce contexte, la simulation numérique de l’injection est devenue un outil fondamental pour la conception industrielle. Cependant,l’écoulement du carburant liquide dans une chambre occupée initialement par l’air est un écoulement diphasique très complexe ; elle implique une très large gamme d’échelles. L’objectif de cette thèse est d’apporter de nouveaux éléments de modélisation et de simulation afin d’envisager une simulation prédictive de ce type d’écoulement avec un coût de calcul abordable dans un contexte industriel. En effet, au vu du coût de calcul prohibitif de la simulation directe de l’ensemble des échelles spatiales et temporelles, nous devons concevoir une gamme de modèles d’ordre réduit prédictifs. En outre, des méthodes numériques robustes, précises et adaptées au calcul de haute performance sont primordiales pour des simulations complexes.Cette thèse est dédiée au développement d’un modèle d’ordre réduit Eulérien capable de capter tant la polydispersiond’un brouillard de goutte dans la zone dispersée,que la dynamique de l’interface dans le régime de phases séparées. En s’appuyant sur une extension des méthodes de moments d’ordre élevé à des moments fractionnaires qui représentent des quantités géométriques de l’interface, et sur l’utilisation de variables géométrique sen sous-échelle dans la zone où l’interface gaz-liquide ne peut plus être complètement résolue, nous proposons une approche unifiée où un ensemble de variables géométriques sont transportées et valides dans les deux régimes d’écoulement [...]. / Direct fuel injection systems are widely used in combustionengines to better atomize and mix the fuel withthe air. The design of new and efficient injectors needsto be assisted with predictive simulations. The fuel injectionprocess involves different two-phase flow regimesthat imply a large range of scales. In the context of thisPhD, two areas of the flow are formally distinguished:the dense liquid core called separated phases and thepolydisperse spray obtained after the atomization. Themain challenge consists in simulating the combinationof these regimes with an acceptable computational cost.Direct Numerical Simulations, where all the scales needto be solved, lead to a high computational cost for industrialapplications. Therefore, modeling is necessaryto develop a reduced order model that can describe allregimes of the flow. This also requires major breakthroughin terms of numerical methods and High PerformanceComputing (HPC).This PhD investigates Eulerian reduced order models todescribe the polydispersion in the disperse phase andthe gas-liquid interface in the separated phases. First,we rely on the moment method to model the polydispersionin the downstream region of the flow. Then,we propose a new description of the interface by usinggeometrical variables. These variables can provide complementaryinformation on the interface geometry withrespect to a two-fluid model to simulate the primary atomization.The major contribution of this work consistsin using a unified set of variables to describe the tworegions: disperse and separated phases. In the case ofspherical droplets, we show that this new geometricalapproach can degenerate to a moment model similar toEulerian Multi-Size Model (EMSM). However, the newmodel involves fractional moments, which require somespecific treatments. This model has the same capacityto describe the polydispersion as the previous Eulerianmoment models: the EMSM and the multi-fluid model.But, it also enables a geometrical description of the interface...].