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De la pâte à dentifrice au moût de fermentation en passant par la peinture, le lit d’une rivière, le propergol d’un réacteur de fusée et le sang, les suspensions sont présentes dans de nombreux usages de notre vie courante. La maîtrise de leur mise en œuvre notamment nécessite la compréhension de leur comportement et constitue un des challenges de la recherche. Dans le présent travail de thèse, nous nous sommes intéressés au processus de sédimentation de suspensions concentrées de particules non-colloïdales et inertes dont la distribution de taille est mono, bi ou tri-disperse. Deux types de sédimentation ont été étudiés : la décantation et l’alimentation continue. L’objectif est de mener une étude expérimentale et dans une moindre mesure numérique pour caractériser de la façon la plus complète possible la sédimentation avec une attention particulière à la structure de l’écoulement et du dépôt, aux profils de concentration et à la détermination des modes de sédimentation. Les moyens expérimentaux utilisés sont les techniques usuelles de mesure bidimensionnelle (vélocimétrie laser et visualisation directe) qui autorisent l’acquisition de données d’intérêt pour des configurations où les particules évoluent dans le plan. Ces techniques laser ont été améliorées pour permettre le suivi simultané de populations de différentes particules et l’accès à des grandeurs diverses telles que le champ de vitesse de l’écoulement, la fraction volumique locale, et les vitesses des divers fronts de sédimentation. En parallèle, un outil numérique simple a été construit, utilisant la Dynamique Stokesienne et saisissant l’essentiel des phénomènes physiques mis en jeu menant à la modélisation des interactions hydrodynamiques. / From toothpaste to must of fermentation passing by painting, bed of a river, propellant of an rocket engine and blood, suspensions are present in many uses of our everyday life. The control of their implementation requires comprehension of their behavior and constitutes one of the challenges of nowadays research. In this work of thesis, we were interested in the sedimentation process of concentrated suspensions of non-colloidal and inert particles whose size distribution is mono, bi or tri-disperse. Two types of sedimentation were studied: decantation and thickening. The objective is to do an experimental and in a lesser way numerical study to characterize sedimentation the most completly possible with a detailed attention to flow and deposit structure, concentration profiles and determination of sedimentation modes. Used experimental means are the usual techniques of two-dimensional measurement (laser velocimetry and direct visualization) which authorize the data acquisition for configurations where particles evolve in the plan. These laser techniques were improved to simultaneously follow various particles populations and access to various outpouts such as velocities field, local volumic fraction, and velocities of various sedimentation fronts. A simple numerical tool was also built using Stokesian Dynamics and seizing the main part of the physical phenomena driving sedimentation leading to the modeling of the hydrodynamic interactions.