Les travaux de thèse présentés ici ont été motivés par les besoins de connaissances, sur le mélange et la combustion des flammes jets non prémélangées, rencontrées dans les propulseurs de type aérobies (statoréacteurs). En effet, il existe encore de nombreux problèmes inhérents à ce type de propulseurs, notamment en ce qui concerne le mélange et la combustion de fluide de densités très différentes, puis l'allumage et la stabilisation de flammes, caractérisées par une importante hétérogénéité des réactifs. Pour le faire, nous avons déterminé expérimentalement, l'influence sur le mélange et la combustion, d'une variation du rapport de vitesse r (entre l'écoulement de combustible et les écoulements d'airs amont), puis d'une variation de la masse volumique des écoulements d'air et enfin d'une modification de la nature du combustible (comparaison entre de l'hydrogène pur et des mélanges méthane/hydrogène). Ces travaux expérimentaux sont menés au sein d'une soufflerie dédiée à l'étude des flammes jets non prémélangées, dans des écoulements subsonique à haute vitesse. Pour les besoins de l'étude, différents diagnostics, notamment optiques, ont été mis en place de manière permanente ou ponctuelle : mesure de pressions et de températures, chimiluminescence, vélocimétrie par imageries de particules (PIV) et fluorescence induite par plan laser sur radicaux OH (PLIF-OH). La première partie de l'étude nous a permis de mettre en exergue l'influence d'une variation du rapport de densité s (initiée par la modification de la température des écoulements d'air amont) sur le mélange et la combustion. Il est ressorti de l'étude que le ratio de masse volumique n'avait que peu ou pas d'influence sur le mélange et la combustion des flammes jets non prémélangées d'hydrogène/air subsonique à haute vitesse. Une deuxième partie de l'étude nous a permis d'observer l'influence d'une variation du rapport de vitesse r sur le mélange et la combustion. Pour le faire 3 flammes d'hydrogène/air avec des vitesses d'entrée de combustible différentes ont été mises en œuvre. Nous avons pu conclure que la diminution du rapport de vitesse (associée à l'augmentation de la vitesse d'entrée du combustible) conduisait à l'amélioration du mélange au sein des écoulements et une meilleure efficacité de la combustion (définie à partir du dégagement de chaleur). Nous avons également pu conclure que sous l'hypothèse d'une vitesse des écoulements d'air amont constante, l'augmentation de la vitesse du combustible était accompagnée d'une amélioration de l'entraînement (évasement du jet). Une troisième partie de l'étude nous a permis de mettre en avant l'influence de la nature du combustible sur le mélange et la combustion. La modification de la nature du combustible entraîne à la fois une modification du rapport de densité s et de la composition du mélange. Ainsi le mélange et la combustion de 4 combustibles différents ont été comparés dans les mêmes conditions aérothermodynamiques: de l'hydrogène pur et 2 mélanges de méthane/hydrogène avec 5%-mol et 10%-mol de CH4. L'étude du mélange a révélé que le ratio de masse volumique s n'avait que peu ou pas d'influence, confirmant ainsi la première étude. L'étude de la combustion a permis de mettre en exergue plusieurs points. Notamment que la cinétique chimique plus lente du méthane par rapport à l'hydrogène entraîne une diminution de l'efficacité de la combustion (basée sur le taux de combustible brûlé). Néanmoins, le PCIv du méthane ~3 fois plus élevé que celui de l'hydrogène conduit à un niveau de chaleur dégagé au sein de la veine du même ordre dans les mêmes conditions aérothermodynamique. Il est également ressorti de l'étude, que l'introduction croissante de méthane dans le mélange conduit à une structure de la zone de réaction de plus en plus marquée par des discontinuités (extinctions locales de la flamme). L'accrochage et la stabilisation de la flamme ont également été abordés. Alors que la flamme d'hydrogène/air ne pose aucun problème, l'accrochage et la stabilisation de la flamme de méthane/hydrogène/air avec 34%-mol de CH4, n'a jamais pu être obtenue. Ainsi la proportion de méthane dans le mélange est apparue comme un facteur très limitant (méthane caractérisée par une chimie plus lente que l'hydrogène). La vitesse des écoulements d'air amont est également apparue comme un facteur limitant, du fait du processus d'accrochage et de stabilisation de la flamme intrinsèque au dispositif expérimental. Ainsi l'accrochage et la stabilisation des flammes de méthane/hydrogène/air n'ont pu être obtenus qu'à des vitesses des écoulements d'air amont inférieures à 80 m/s, une fois la flamme stabilisée. Un autre point important est ressorti de l'étude : nous avons pu mettre en évidence une longueur de combustion conditionnée par la présence du confinement. En effet, du fait du confinement, on observe une accélération des écoulements extérieurs au sein de la veine (encore plus importante en réactif du fait de la présence d'un gradient de pression favorable induit par la combustion). Le jet de combustible ayant été clairement identifié comme un type de jet « fortement advecté », l'accélération des écoulements extérieurs conduit à une convection globale des écoulements accrue. Enfin, les perspectives de cette étude concernent essentiellement la comparaison des résultats expérimentaux avec les résultats de simulations numériques réalisées au moyen d'un code CFD (CEDRE de l'ONERA).

L'amélioration des performances et des rendements de turboréacteurs passe par l'augmentation de la température des gaz de la chambre de combustion. Les éléments en aval de la chambre de combustion sont soumis à de fortes contraintes thermiques. Ainsi, les aubes de turbines basse pression possèdent plusieurs systèmes de refroidissement dont l'impact de jet. Les cas d'études de cette technique sont simpliés et contrastent avec les géométries complexes de l'application industrielle de l'impact de jets aux aubes de turbine. Nous nous sommes intéressés à une injection à travers une paroi ne et alimentée par un écoulement amont cisaillant, an d'être plus proche du cas réel. Notre étude comprend trois parties se basant sur ce type d'injection, pour lesquelles nous avons cherché à déterminer expérimentalement les coecients d'échange de chaleur convectif. La première partie comprend des mesures expérimentales de vitesse par PIV et de température par caméra infrarouge, pour une conguration de jet unique en impact sur une plaque plane. Cette partie est représentative de la zone intrados/extrados d'une aube de turbine. Dans un deuxième temps on s'intéresse à l'inuence de la courbure sur les échanges de chaleur d'une rangée de jets sur une paroi concave, représentant la situation au bord d'attaque. Dans un dernier temps, nous nous sommes intéressés à une conguration plus complexe, un modèle simplié et agrandi d'une aube basse pression formé d'une partie courbe refroidie par neuf orices et de deux parties planes refroidies chacune par trois rangées de cinq trous. Les paramètres de l'étude sont notamment la distance d'impact et les nombres de Reynolds des jets et de l'écoulement cisaillant en amont de l'injection.

La synthèse d'images de paysages naturels reste encore un problème peu abordé en infographie. Pourtant, des modèles convaincants en particulier pour la modélisation de végétaux existent, mais n'ont pu être exploités dans des scènes comportant un nombre très important d'éléments. Je présente dans ce travail, une approche pour la modélisation et le rendu d'objets naturels qui doit permettre de contourner l'obstacle de la complexité géométrique et offrir un cadre simple pour la création de structures naturelles. Ainsi un modèle basé sur les systèmes de particules est proposé pour la création de structures végétales. Ce modèle fait appel à la définition d'un automate pour le contrôle des trajectoires, de la création et de la destruction des particules. Il peut être également utilisé pour modéliser et rendre un certain nombre d'autres phénomènes naturels (nuages, eau...). Par ailleurs, une scène de paysage naturel se compose de très nombreux éléments ayant des échelles très différentes sur l'image finale. Aussi nous proposons des techniques rapides et précises, basées sur les multi-textures, qui permettent un rendu multi-échelles efficace des éléments de végétation. De part leurs caractéristiques, ces méthodes peuvent être intégrées dans une architecture spécialisée pour la synthèse d'images de paysages naturels que nous présentons.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la directivité des sursauts radio solaires de type III aux fréquences inférieures à 10MHz. Ces sursauts radio résultent de la conversion d'ondes de plasma produites par des faisceaux d'électrons suprathermiques. Ces électrons sont accélérés dans la couronne solaire au voisinage des régions actives, et se propageant le long de lignes de champ magnétique ouvertes sur le milieu interplanétaire. Nous mesurons pour la première fois le diagramme d'émission apparent du rayonnement radio à partir d'observations stéréoscopiques, réalisées aux mêmes fréquences, par les sondes Wind et Ulysse en dessous de 1MHz d'une part, puis par les sondes STEREO-A, STEREO-B et Wind jusqu'à 10MHz d'autre part. Le diagramme obtenu présente une largeur à mi-maximum importante ( 100 à 1MHz). Et, contre toute attente, une déviation vers l'est de son axe principal hors de la direction du champ magnétique local ( 20 à 1MHz). Nos observations indiquent par ailleurs que ces deux caractéristiques augmentent vers les basses fréquences. Ces résultats nouveaux apportent des contraintes solides sur les conditions physiques régnantes au voisinage de la source d'émission. En particulier, la déviation de l'axe du diagramme témoigne de l'existence d'un gradient de densité transverse, très probablement produit par l'interaction de deux régions de vent solaire évoluant en corotation à des vitesses différentes. Nous obtenons également pour la première fois le spectre radio moyen des sursauts de type III soustrait des effets de directivité et de distance à la source. Le spectre présente un maximum d'émission autour de 1MHz dont l'origine reste à déterminer. La mesure de la vitesse des faisceaux sur la gamme de fréquences [ 0.01 -10MHz] nous permet d'apporter les premiers éléments de réponse à cette question.

Les spectres énergétiques (sections efficaces doublement différentielles) de production de protons, deutons, tritons et particules alpha induite par des neutrons rapides sur 209Bi et natU sont présentées pour plusieurs énergies de neutrons incidents comprises entre 25 et 65 MeV. Les spectres ont été obtenus à 9 angles laboratoire entre 20° et 160° et extrapolés et interpolés à 10 autres angles afin de couvrir le domaine angulaire de 0 à 180°. Le dispositif expérimental et les procédures d'analyse des données incluant les corrections et la normalisation sont présentées et discutées. Sur base des sections efficaces doublement différentielles obtenues, les sections efficaces différentielles en énergie et en angle ainsi que les sections efficaces totales de production et les coefficients KERMA partiels associés sont également déduits. La thèse présente également des comparaisons aux rares mesures existantes dans la littérature ainsi qu'aux calculs théoriques basés sur les codes de réactions nucléaires INCL3, GNASH et TALYS. Tandis que l'INCL3 se base sur la cascade intranucléaire, les deux autres codes intègrent le modèle optique et les modèles de réactions directes, de prééquilibre, de fission et de noyaux composés dans un unique schéma de calcul. Finalement, sur base de l'ensemble des résultats obtenus depuis une dizaine d'années par le groupe, une vue nouvelle des sections efficaces totales de production et des coefficients KERMA partiels en fonction de la masse de la cible est proposée.

Lors de la combustion dans un moteur à allumage commandé, la flamme est affectée par la paroi alors que seulement 20% de la charge a été consommée. Il est donc indispensable de s'intéresser aux mécanismes de l'interaction flamme-paroi pour le développement et l'amélioration des moteurs à allumage commandé. Au cours de ces travaux, l'interaction flamme-paroi instationnaire a été étudiée expérimentalement en régime laminaire et turbulent dans des conditions initiales non isothermes. En effet, la température des parois Tw varie entre 300 et 500 K alors que les gaz frais sont à température ambiante. Le but de cette étude est de comprendre les phénomènes mis en jeu et de fournir des données de référence pour la simulation de l'interaction flamme-paroi. L'étude en régime laminaire montre que la densité de flux thermique pariétal maximale qwmax augmente avec Tw pour le coincement frontal et latéral. La distance de coincement diminue lorsque Tw augmente en coincement frontal mais est constante en latéral. Pour ce dernier type de coincement, l'étirement n'est pas négligeable. L'étude en régime turbulent montre que la turbulence fait diminuer qwmax à richesse 1 par rapport au cas laminaire alors qu'elle fait augmenter ce paramètre à richesse 0,7. Le front de flamme est donc cisaillé par l'écoulement des gaz frais à richesse 1 alors qu'il est convecté par cet écoulement à richesse 0,7. Le cisaillement du front de flamme, à richesse 1, a un effet prépondérant sur l'effet de la température de paroi concernant l'interaction flamme-paroi.

La compréhension des écoulements turbulents en aval d'un cylindre circulaire horizontal, soumis à un écoulement d'air transverse et en présence d'importants effets de flottabilité, constitue l'objectif principal de ce présent mémoire. Les approches expérimentale et numérique (DNS) sont utilisées afin de compléter les connaissances des mécanismes d'instabilité tourbillonnaire en régime de convection mixte. En dehors de la perte de symétrie du sillage induit par les effets de pesanteur, l'écoulement étudié ici est caractérisé par le développement de deux instabilités principales. Au niveau de la couche de cisaillement inférieure on assiste au développement d'instabilités intermittentes de Kelvin-Helmholtz. Nous montrons qu'en présence d'effets de gravité importants la transition vers la turbulence est accélérée dans cette région de l'écoulement. A l'arrière du cylindre un écoulement secondaire apparaît sous l'effet des forces de pesanteur. Cet écoulement est le lieu d'importants mouvements tridimensionnels tant sur le plan moyen que fluctuant et donne naissance à des dipôles de vorticité caractéristiques. Ces structures se forment dans la partie supérieure du sillage et évoluent librement au niveau de l'écoulement principal ou s'apparient avec les structures tourbillonnaires du sillage turbulent. Finalement, en présence d'effets de gravité non négligeables, on assiste à un enrichissement du spectre des structures turbulentes et à une augmentation des composantes tridimensionnelles du champ dynamique. Dans ces conditions la température agit comme un scalaire actif capable d'accélérer la transition vers la turbulence.

Nous présentons des procédés de fonctionnalisation de surface par assemblage dirigé de colloïdes en suspension. La motivation de ce projet est de montrer que des techniques simples fondées sur des phénomènes de démouillage de suspensions colloïdales permettent de diriger le dépôt de particules sur des surfaces structurées, de façon déterministe avec une résolution micrométrique. L'objectif de ces travaux est de développer une technique de structuration simple, polyvalente et utilisable en routine. Deux verrous technologiques majeurs ont été levés : d'une part l'optimisation des paramètres d'assemblage a permis d'étendre considérablement les vitesses d'assemblage et d'autre part, l'optimisation des structures de capture à rendu possible le multiplexage des dépôts et la création de réseaux imbriqués de particules de types différents. Ce processus a été appliqué avec succès à des particules magnétiques. Ces particules fixées à la surface peuvent servir de points d'ancrage pour des colonnes magnétiques. Plusieurs exemples d'applications telles que la capture de cellules au sein de liquides biologiques, la fabrication de micro-flagelles artificielles, ou de micro-capteurs de force ont été développées. Ces techniques ont également été adaptées pour l'assemblage de cellules, de levures et de bactéries sur des surfaces. Cela a conduit au développement de substrats de capture et de mise en culture permettant la création de réseaux constitués de plusieurs types de cellules précisément localisées.

La stabilité des modes magnéto-hydrodynamiques dans les plasmas de tokamaks est modifiée par la présence de particules rapides. Dans un tokamak tel qu'ITER ces particules rapides peuvent être soit les particules alpha créées par les réactions de fusion, soit les ions et électrons accélérés par les dispositifs de chauffage additionnel et de génération de courant. Les modes appelés fishbones électroniques correspondent à la déstabilisation du mode de kink interne due à la résonance avec le lent mouvement de précession toroidale des électrons rapides. Ces modes sont fréquemment observés dans les plasmas des tokamaks actuels en présence de chauffage par onde cyclotronique électronique (ECRH) ou de génération de courant par onde hybride basse (LHCD). La stabilité de ces modes est particulièrement sensible aux détails de la fonction de distribution électronique et du facteur de sécurité, ce qui fait des fishbones électroniques un excellent candidat pour tester la théorie linéaire des instabilités liées aux particules rapides. Dans le tokamak Tore Supra, des fishbones électroniques sont couramment observés lors de décharges où l'utilisation de l'onde hybride basse crée une importante queue de particules rapides dans la fonction de distribution électronique. Bien que ces modes soit clairement liés à la présence de particules rapides, la fréquence observée de ces modes est plus basse que celle prévue par la théorie. En effet, si on estime l'énergie des électrons résonants en faisant correspondre la fréquence du mode avec la fréquence de précession toroidale des électrons faiblement piégés, on obtient une valeur comparable à celle des électrons thermiques. L'objet principal de cette thèse est l'analyse linéaire de la stabilité des fishbones électroniques. La relation de dispersion de ces modes est dérivée et la forme obtenue prend en compte, dans la condition de résonance, la contribution du mouvement parallèle des particules passantes. Cette relation de dispersion est implémentée dans le code MIKE qui est ensuite testé avec succès en utilisant des fonctions de distributions analytiques. En le couplant au code Fokker-Planck relativiste LUKE et à la plate-forme de simulation intégrée CRONOS, MIKE peut estimer la stabilité des fishbones électroniques en utilisant les données reconstruites de l'expérience. En utilisant des fonctions de distributions et des équilibres analytiques dans le code MIKE nous montrons que les électrons faiblement piégés ou faiblement passants peuvent déstabiliser le mode de kink interne en résonant avec lui. Si l'on s'éloigne de la frontière entre électrons passants et piégés, les effets résonants s'affaiblissent. Cependant les électrons passants conservent une influence déstabilisante alors que les électrons piégées tendent à stabiliser le mode. D'autres simulations avec MIKE, utilisant cette fois des distributions complètes similaires à celles obtenues en présence de chauffage de type ECRH, montrent que l'interaction avec les électrons faiblement passants peut entraîner une déstabilisation du mode à une fréquence relativement basse ce qui pourrait permettre d'expliquer les observations sur le tokamak Tore Supra.

Cette étude expérimentale porte sur la mesure et l'analyse du comportement d'un rideau d'air plan, vertical descendant, lorsqu'il se développe dans un flux uniforme en co-courant. Le rapport r entre la vitesse du cocourant et la vitesse du jet évolue dans la gamme [0; 0, 3] qui comprend le cas du jet plan classique sans co-courant (r = 0). La motivation de l'étude est, pour le laboratoire d'accueil de la thèse (Irstea de Rennes, équipe Aéraulique et Contrôle des Atmosphères Turbulentes), l'apport de connaissances précises sur les rideaux d'air séparateurs d'ambiance, en propreté et en température, pour la maîtrise des ambiances locales dans l'industrie agroalimentaire et plus largement dans le domaine de la sécurité sanitaire des aliments. Cette étude porte principalement sur le cas isotherme, sans différence de température entre le jet et le co-courant, les cas anisothermes étant seulement abordés en investigation réduite dans le dernier chapitre (chap. IV). L'analyse de la turbulence est au centre de cette étude. Elle est menée à partir des différentes grandeurs caractéristiques, dont les profils de tensions de Reynolds et les échelles turbulentes caractéristiques. Elle sous-tend également l'analyse des évolutions des grandeurs moyennes, en particulier l'expansion du profil de vitesse moyenne. Le principal moyen d'investigation expérimentale est l'anémométrie par fils chauds croisés à température constante (CTA). La Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) est utilisée dans le chapitre IV comme moyen insensible à la température, pour les études de cas anisothermes. Le rideau plan en co-courant a été mis en oeuvre dans une soufflerie verticale spécifique dont la veine d'essai a une hauteur utile de deux mètres (chap. II). L'étude s'appuie sur une analyse bibliographique (chap. I) centrée sur les équations de la turbulence appliquées aux jets plans. L'analyse du comportement dans le cas isotherme (chap. III) s'intéresse principalement à l'influence du rapport de vitesse r et du nombre de Reynolds. Un raisonnement mené sur le choix des variables d'adimensionnement pour décrire le comportement du jet amène à proposer un adimensionnement global, à la fois pour l'évolution de la vitesse moyenne sur l'axe, pour l'expansion de l'épaisseur du jet et pour l'évolution des fluctuations rms de vitesse. On obtient ainsi un modèle de comportement généralisable aux différentes valeurs de r pour les jets en co-courant, avec au passage une méthode intéressante pour évaluer par ce biais des caractéristiques du cas limite du jet plan sans co-courant. Les données complètes et précises obtenues par fils croisés permettent, en fin de chapitre III, de mener une description et analyse des échelles caractéristiques de la turbulence. Il apparaît que les échelles intégrales sont cohérentes avec le modèle proposé pour l'expansion du jet et que les échelles de Kolmogorov s'en déduisent ensuite par un recours à un rapport universel, fonction du nombre de Reynolds local.