Lors du fonctionnement d'une installation hydraulique, l'apparition de zone de cavitation dans l'écoulement peut entraîner un endommagement important sur la surface des matériaux. La quantification de l'intensité de cavitation sur les composants hydrauliques serait utile à la fois pour mieux concevoir les nouveaux équipements en projet, mais aussi pour améliorer la conduite et optimiser la maintenance des matériels existants. Au vu du grand nombre de paramètres régissant les écoulements cavitants, l'élaboration de lois de similitudes universelles à partir d'expériences est délicate. Avec l'augmentation des moyens de calculs, la simulation numérique est un outil pour étudier ce phénomène sur des géométries variées. La principale difficulté de cette démarche réside dans la différence d'échelles existant entre les simulations numériques U-RANS servant à simuler l'écoulement cavitant et les mécanismes d'implosion de bulles jugés responsables de l'endommagement sur le solide. La méthode proposée dans ce manuscrit s'appuie sur un post-traitement des simulations U-RANS afin de caractériser une distribution de bulles et de simuler leurs comportements à de plus petites échelles spatiales et temporelles. Dans un premier temps, notre travail consiste à expliciter les équations locales de conservation de masse, de quantité de mouvement et d'énergie pour un écoulement liquide/gaz comprenant deux espèces eau/air. Ce travail mène à l'élaboration de grandeurs de mélange prenant notamment en compte la présence de gaz incondensables au sein du fluide. Des hypothèses permettent de rendre ce système équivalent à ceux, utilisant une approche homogène, implémentés dans les codes de simulations d'écoulements cavitants instationnaires développés précédemment au laboratoire. La caractérisation des populations de bulles effectuée par le post-traitement prend ainsi en considération à la fois la tension superficielle et la présence de gaz incondensables. Dans un deuxième temps, l'élaboration d'un code de calcul permettant la simulation de la dynamique d'un nuage de bulles est débutée. Ce dernier a pour ambition de tenir compte à la fois des interactions entre les bulles et des déformations non sphériques que celles-ci peuvent subir à l'aide d'une méthode potentielle. Des premiers résultats de simulations sont présentés dans ce manuscrit et permettent de tenir compte de faibles déformations des bulles. La dernière étape de ce travail consiste à proposer une méthode de chaînage entre ces deux échelles en initialisant le calcul de dynamique de bulles à l'aide des résultats du calcul U-RANS. L'énergie émise lors de l'implosion des bulles et impactant la surface solide est ainsi calculée, caractérisant de ce fait le chargement imposé par l'écoulement sur le matériau. Cette méthode est par la suite appliquée sur différentes géométries en comparant à chaque fois les résultats obtenus à des expériences. Nous comparons également nos résultats à des méthodes précédemment établies au sein du laboratoire afin d'évaluer la pertinence de cette approche. / During the life's cycle of a hydraulic installation, the occurrence of cavitation can cause significant damages on the material's surface. The quantification of the cavitation intensity in different geometry can be useful to get better designs for new installations, but also to improve the operating and to optimize maintenance of existing equipments. The development of universal laws of similarity from experiments is difficult due to the large number of parameters governing cavitating flows. With the increase of computational performance, numerical simulations offer the opportunity to study this phenomenon in various geometries. The main difficulty of this approach is the scale's difference existing between the numerical simulations U-RANS used to calculate the cavitating flow and mechanisms of bubble's collapse held responsible for damages on the solid. The proposed method in this thesis is based on a textbf{post-treatment} of the textbf{U-RANS} simulations to characterize a distribution of bubbles and to simulate their behavior at lower spatial and temporal scales. Our first objective is to make explicit a system of equations corresponding to phenomena occurring locally in the two-phase flow. This work leads to the development of mixture variables taking into account the presence of non-condensable gases in the fluid. Assumptions are taken to make the system, after using the Reynolds averaging procedure, equivalent to those, using a homogeneous approach, implemented in the unsteady cavitating flows solvers previously developed in the laboratory. The characterization of bubbles made by this post-treatment takes into account both the surface tension and the presence of non-condensable gases. The development of a solver for the simulation of the dynamic of a bubble cloud is started. It aims to take into account both the interactions between bubbles and non-spherical deformations with a potential method. First results of these simulations are presented and small non-spherical deformations occurring during the collapse can be observed. Finally, we propose a chained method between these two systems initializing the bubble dynamic solver with results of U-RANS simulations. The energy emitted during the implosion of bubbles impacting the solid surface is calculated. So the aggressiveness of the flow on the material can be characterized. We apply this method on different flows to compare numerical and experimental results.

Lors du fonctionnement d'une installation hydraulique, l'apparition de zone de cavitation dans l'écoulement peut entraîner un endommagement important sur la surface des matériaux. La quantification de l'intensité de cavitation sur les composants hydrauliques serait utile à la fois pour mieux concevoir les nouveaux équipements en projet, mais aussi pour améliorer la conduite et optimiser la maintenance des matériels existants. Au vu du grand nombre de paramètres régissant les écoulements cavitants, l'élaboration de lois de similitudes universelles à partir d'expériences est délicate. Avec l'augmentation des moyens de calculs, la simulation numérique est un outil pour étudier ce phénomène sur des géométries variées. La principale difficulté de cette démarche réside dans la différence d'échelles existant entre les simulations numériques U-RANS servant à simuler l'écoulement cavitant et les mécanismes d'implosion de bulles jugés responsables de l'endommagement sur le solide. La méthode proposée dans ce manuscrit s'appuie sur un post-traitement des simulations U-RANS afin de caractériser une distribution de bulles et de simuler leurs comportements à de plus petites échelles spatiales et temporelles. Dans un premier temps, notre travail consiste à expliciter les équations locales de conservation de masse, de quantité de mouvement et d'énergie pour un écoulement liquide/gaz comprenant deux espèces eau/air. Ce travail mène à l'élaboration de grandeurs de mélange prenant notamment en compte la présence de gaz incondensables au sein du fluide. Des hypothèses permettent de rendre ce système équivalent à ceux, utilisant une approche homogène, implémentés dans les codes de simulations d'écoulements cavitants instationnaires développés précédemment au laboratoire. La caractérisation des populations de bulles effectuée par le post-traitement prend ainsi en considération à la fois la tension superficielle et la présence de gaz incondensables. Dans un deuxième temps, l'élaboration d'un code de calcul permettant la simulation de la dynamique d'un nuage de bulles est débutée. Ce dernier a pour ambition de tenir compte à la fois des interactions entre les bulles et des déformations non sphériques que celles-ci peuvent subir à l'aide d'une méthode potentielle. Des premiers résultats de simulations sont présentés dans ce manuscrit et permettent de tenir compte de faibles déformations des bulles. La dernière étape de ce travail consiste à proposer une méthode de chaînage entre ces deux échelles en initialisant le calcul de dynamique de bulles à l'aide des résultats du calcul U-RANS. L'énergie émise lors de l'implosion des bulles et impactant la surface solide est ainsi calculée, caractérisant de ce fait le chargement imposé par l'écoulement sur le matériau. Cette méthode est par la suite appliquée sur différentes géométries en comparant à chaque fois les résultats obtenus à des expériences. Nous comparons également nos résultats à des méthodes précédemment établies au sein du laboratoire afin d'évaluer la pertinence de cette approche. / During the life's cycle of a hydraulic installation, the occurrence of cavitation can cause significant damages on the material's surface. The quantification of the cavitation intensity in different geometry can be useful to get better designs for new installations, but also to improve the operating and to optimize maintenance of existing equipments. The development of universal laws of similarity from experiments is difficult due to the large number of parameters governing cavitating flows. With the increase of computational performance, numerical simulations offer the opportunity to study this phenomenon in various geometries. The main difficulty of this approach is the scale's difference existing between the numerical simulations U-RANS used to calculate the cavitating flow and mechanisms of bubble's collapse held responsible for damages on the solid. The proposed method in this thesis is based on a textbf{post-treatment} of the textbf{U-RANS} simulations to characterize a distribution of bubbles and to simulate their behavior at lower spatial and temporal scales. Our first objective is to make explicit a system of equations corresponding to phenomena occurring locally in the two-phase flow. This work leads to the development of mixture variables taking into account the presence of non-condensable gases in the fluid. Assumptions are taken to make the system, after using the Reynolds averaging procedure, equivalent to those, using a homogeneous approach, implemented in the unsteady cavitating flows solvers previously developed in the laboratory. The characterization of bubbles made by this post-treatment takes into account both the surface tension and the presence of non-condensable gases. The development of a solver for the simulation of the dynamic of a bubble cloud is started. It aims to take into account both the interactions between bubbles and non-spherical deformations with a potential method. First results of these simulations are presented and small non-spherical deformations occurring during the collapse can be observed. Finally, we propose a chained method between these two systems initializing the bubble dynamic solver with results of U-RANS simulations. The energy emitted during the implosion of bubbles impacting the solid surface is calculated. So the aggressiveness of the flow on the material can be characterized. We apply this method on different flows to compare numerical and experimental results.

Les eaux souterraines constituent 95% de l'eau douce accessible sur le globe. Les rapports de ``UNEP'' prédisent qu'en année 2020, 75% de la population mondiale vivra dans des zones côtières. Ces deux informations nous montrent l'importance des aquifères côtiers qui sont aujourd'hui surexploités. Cette surexploitation conduit à l'aggravation du phénomène naturel de l'intrusion saline. Sa modélisation est nécessaire pour évaluer et prédire l'étendue des zones impactées. Ce travail concerne la modélisation de l'intrusion saline dans l'aquifère de Tripoli-Liban. Cette ville est sur la mer Méditerranée et dans laquelle habite un huitième de la population libanaise (600,000). Dans cette étude, un modèle mathématique de l'intrusion saline dans l'aquifère de Tripoli est développé, en se basant sur l'implémentation de l'approche de l'interface abrupte dans ``Freefem++''. Ce modèle fournit principalement la profondeur de l'interface eau douce/eau salée. Les limites du modèle sont exposées et le modèle est validé avec la solution analytique, avec le code de calcul BFSWIM et avec les mesures de terrain où l'erreur quadratique moyenne varie entre 0.1 et 2m. La zone d'étude souffre d'un manque de données nécessaires pour élaborer la modélisation. Pour surmonter ce problème, nous avons eu recours aux mesures piézométriques effectuées par l'``UNDP'' dans des dizaines des puits de pompage dans la zone d'étude. Ces mesures sont utilisées dans un premier temps pour calibrer le flux d'eau douce entrant dans le domaine, puis pour valider le modèle expérimentalement. En plus, des compteurs volumétriques installés dans 38 puits de pompage ont montré que les habitants à Tripoli consomment la double quantité d'eau recommandée par le ministère des ressources en eau au Liban. Quatre scénarios de pompage basés sur le taux de croissance démographique, donné par le ministère des affaires sociales ont été étudiés. La hauteur de l'interface eau douce/eau salée associée à chaque scénario est calculée et comparée avec sa hauteur actuelle. Les résultats montrent que, avec la quantité d'eau pompée actuellement (250 litres par habitant par jour), la zone de pompage sera salinisée dans 20 ans, tandis que le respect des limites proposées par le ministère des ressources en eau (120 litres par habitant par jour) peut protéger l'aquifère à court terme. L'étude de scénario de croissance démographique est ensuite mise dans le contexte de changement climatique prédit dans le rapport du ``GIEC 2014'' pour la zone d'étude. Les évolutions pour les 25 prochaines années et pour trois phénomènes sont ainsi considérées: l'élévation du niveau de la mer, la variation du flux entrant d'eau douce et la variation du taux d'extraction d'eau douce de l'aquifère. La variation du flux entrant est imputée à la variation des régimes de précipitation dans les futures années. La variation de la couverture neigeuse est utilisée comme estimateur indirect pour la calibration du modèle. Le critère d'évaluation choisi est la position de la ligne de niveau 100m de l'interface eau douce/eau salée correspondant à la profondeur maximale des puits de pompage. L'étude montre que cette ligne avancera de 140m dans les 25 prochaines années. Les résultats montrent que l'impact de l'élévation du niveau de la mer (<1%) est très petit en comparaison avec celui de la variation de recharge (45%) et celui du taux d'extraction (54%). / The ground water resources represent 95% of the fresh water available in the world. ``UNEP'' reports predict that, 75% of people will live in coastal cities in 2020. These two informations show that coastal aquifers are essential in the elaboration of a water management strategy. Nowadays, coastal aquifers are subject to an over-exploitation that is leading to the aggravation of seawater intrusion phenomenon. Thus seawater intrusion modelling is necessary to assess and forecast the salinization of coastal aquifers. This work concerns the seawater intrusion modelling in Tripoli aquifer, Lebanon. Tripoli city lies on the Mediterranean coast and is home to one eighth of the Lebanese population (600,000). In this study, a mathematical model of sea water intrusion in Tripoli aquifer has been developed, based on the implementation of the sharp interface approximation in ``Freefem++''. This model provides primarily the depth of the freshwater/saltwater interface. The limitations of the model are exposed and the model is validated against analytic solution, against the numerical code ``BFSWIM'' and against terrain measurements where the root mean square error varies between 0.1 and 2m. The study zone suffers from scarceness of data necessary to elaborate the model. To overcome this problem, we use the piezometric measurements performed by the ``UNDP'' in tens of private wells in the studied zone. At first, we use these measurements to calibrate the flux of freshwater entering in the domain, then to validate experimentally the model. In addition, volumetric meters that have installed in $38$ buildings showed that water consumption through well extraction exceeds the recommendation of the Lebanese ministry of Energy and Water, which is 120 liters per capita per day. Four scenarios of pump basing on demographic growth rate given by the ministry of social affairs have been studied. Seawater intrusion height associated to each scenario has been calculated, then compared with its actual height. The results show that with this pumping rate (250 liters per capita per day), the pumping zone will be salinized within 20 years, while the respect of limitation proposed by the ministry of water resources and Energy can protect the aquifer for short time. This study of demographic growth scenario is then combined with the context of climate change predicted by ``IPCC2014'' and research studies in the region. Assessment of seawater intrusion for the 25 next years has been done, based on the following three phenomena: sea water rise, variation of fresh water flux entering in the domain and variation of freshwater extraction rate from the wells in the aquifer. The variation of snow cover is used as an indirect estimator to calibrate the model. The isocline 100m of saltwater/freshwater interface, which represents the maximal depth of pumping well, has been chosen as a criterion of evolution. Our study shows that this line will move forward about 140 m in the next 25 years leading to the salinization of the aquifer at the position of the pumping wells. The contribution of each parameter is assessed. We estimate that the sea water rise will contribute to less than 1% of this advance while the rate of recharge decrease and the rate of freshwater extraction increase contribute to 45% and 54% respectively of the isocline advance.

La possibilité de produire de l'énergie en utilisant la fusion par confinement magnétique est un défi scientifique et technologique. La perspective d'ITER transmet des signaux forts afin d'intensifier les efforts de modélisation pour les plasmas de fusion. Le succès de la fusion est conditionnée par la qualité du confinement du plasma dans le cœur du réacteur et par le contrôle des flux de particules et de chaleur qui arrivent sur la paroi. Les deux phénomènes sont liés au transport turbulent. L'étude de ces phénomènes est d'autant plus compliquée que la géométrie magnétique est complexe. Cela nécessite une amélioration de notre capacité à développer des outils numériques capables de reproduire les propriétés du transport turbulent fiables.Cette thèse présente le modèle fluide du code TOKAM3X pour simuler plasma de bord turbulent. Une attention particulière a été portée sur la vérification et la validation de ce code, ce qui est une étape nécessaire avant d'utiliser un code comme un outil prédictif. Ensuite, de nouvelles études sur les propriétés physiques de la turbulence bord du plasma sont examinées. En particulier, les asymétries poloïdales induites par la turbulence et observées expérimentalement côté faible champ sont étudiées en détail. Un grand soin est dédié à la reproduction du scénario MISTRAL, qui consiste à changer la configuration magnétique et à en observer l'impact sur les flux parallèles dans le plan poloïdal. Les simulations reproduisent les mesures expérimentales et fournissent de nouvelles informations sur l'effet du point de contact plasma-paroi sur les caractéristiques de la turbulence, qui ne sont pas accessibles dans les expériences. / The possibility to produce power by using magnetically confined fusion is a scientific and technological challenge. The perspective of ITER conveys strong signals to intensify modeling effort on magnetized fusion plasmas. The success of the fusion operation is conditioned by the quality of plasma confinement in the core of the reactor and by the control of plasma exhaust on the wall. Both phenomena are related to turbulent cross-field transport that is at the heart of the notion of magnetic confinement studies, particle and heat losses. The study of edge phenomena is therefore complicated by a particularly complex magnetic geometry.This calls for an improvement of our capacity to develop numerical tools able to reproduce turbulent transport properties reliable to predict particle and energy fluxes on the plasma facing components. This thesis introduces the TOKAM3X fluid model to simulate edge plasma turbulence. A special focus is made on the code Verification and the Validation. It is a necessary step before using a code as a predictive tool. Then new insights on physical properties of the edge plasma turbulence are explored. In particular, the poloidal asymmetries induced by turbulence and observed experimentally in the Low-Field-Side of the devices are investigated in details. Great care is dedicated to the reproduction of the MISTRAL base case which consists in changing the magnetic configuration and observing the impact on parallel flows in the poloidal plane. The simulations recover experimental measurements and provide new insights on the effect of the plasma-wall contact position location on the turbulent features, which were not accessible in experiments.