Cette thèse consiste à mettre en place un dispositif scientifique expérimental BOS3D (Background Oriented Schlieren 3D) à l'ONERA permettant la reconstruction du champ de masse volumique instantané d'un écoulement ainsi qu'à développer un algorithme robuste de reconstruction permettant une mise à disposition rapide des résultats considérant un nombre faible de points de vue. Dans un premier temps, nous avons développé un algorithme de reconstruction BOS3D applicable à toutes les configurations expérimentales. Pour cela, le problème direct, c'est-à-dire l'équation de la déviation des rayons lumineux à travers un milieu d'indice optique non homogène, a été reformulé sous forme algébrique. Un critère régularisé permettant la prise en compte explicite du bruit associé à l'expérimentation a ensuite été défini. Cette formulation ainsi que les équations issues des méthodes d'optimisation nécessaires à la minimisation du critère ont été parallélisées pour permettre une implantation sur GPU. Cet algorithme a ensuite été testé sur des cas de références issus de calcul numérique afin de vérifier si le champ reconstruit par l'algorithme était en accord avec celui fourni. Dans ce cadre, nous avons développé un outil permettant de simuler une BOS3D virtuelle afin d'obtenir les champs de déviation associés aux écoulements numériques. Ces champs de déviation ont ensuite été fournis comme entrée au code de reconstruction et nous ont permis d'étudier la sensibilité de notre algorithme à de nombreux paramètres tels que le bruit sur les données, la discrétisation du maillage, le type de régularisation et le positionnement des caméras. En parallèle de l'étude de la méthode de reconstruction par simulation, nous avons acquis de l'expérience sur la mise en œuvre effective de la mesure BOS dans des installations expérimentales, en participant à plusieurs campagnes d'essais. Cela nous a permis de contribuer à la conception et à la réalisation de bancs de mesures dédiés à la technique BOS. Le principal résultat de ce travail est la réalisation du banc de mesure BOS3D du DMAE, qui permet d'accéder à la reconstruction de champs de masse volumique instantanés. Ces développements expérimentaux nous autorisent finalement à obtenir des reconstructions 3D de champs de masse volumiques moyens et instantanés sur données réelles. De plus, l'analyse du comportement de la méthode numérique BOS3D est proposée en fonction de la nature des écoulements observés et de la configuration d'acquisition.

On développe une méthode d'identification des efforts qui produisent les vibrations d'une structure, à partir de la connaissance de son champ de déplacement mesuré en un nombre fini de points et de la connaissance à priori de son équation du mouvement. L'identification des efforts est basée sur le calcul du second membre de l'équation du mouvement discrétisée par un schéma aux différences finies. Comme dans la plupart des problèmes inverses, des difficultés se posent et sont dues à une sensibilité extrème aux incertitudes de mesure, introduisant un niveau de bruit élevé sur le résultat. Pour pallier ce problème, une méthode de régularisation originale, nommée R.I.F.F. (Résolution Inverse Filtrée Fenêtrée), a été mise au point. Elle utilise un fenêtrage spatial et un filtrage dans le domaine des nombres d'onde, où les paramètres de réglage sont étudiés en fonction des caractéristiques physiques de la structure. Plusieurs exemples issus de simulations numériques et d'expérimentations montrent les différentes applications que l'on peut obtenir : identification de forces mécaniques ponctuelles, d'efforts de couplage, de pressions acoustiques pariétales. La méthode a été aussi étendue à l'identification des conditions aux limites en termes d'impédances de translation et de rotation. Enfin, une ébauche de la construction d'opérateur de structure par voie expérimentale est proposée. A partir des déplacements mesurés, on identifie l'opérateur différentiel qui leur correspond et on montre ensuite que cet opérateur peut être utilisé pour l'identification des forces qui excitent la structure.