L'étude des vortex trouve sa justification dans le rôle que ces derniers jouent dans la turbulence quantique. L'équation de Gross-Pitaevskii ne peut pas nous permettre de modéliser convenablement l'Hélium superfluide, mais on peut l'utiliser pour obtenir le paramètre d'ordre d'un superfluide modèle, ayant le maximum de propriétés en commun avec l'Hélium, notamment une courbe de dispersion identique, par la modification du terme d'interactions.En supposant que le minimum roton influence l'essentiel de la physique, on détermine la forme du paramètre d'ordre loin de la perturbation créée par le vortex rectilinéaire axisymétrique par deux approches différentes - il apparaît alors que seuls deux paramètres sont nécessaires pour caractériser entièrement le profil.Le modèle proposé par Pomeau-Rica, qui offre la possibilité d'étudier le superfluide près de la cristallisation, met en lumière l'impact de la profondeur du minimum roton sur l'amplitude des oscillations. Par comparaison avec les résultats obtenus ab initio par Reatto, les résultats donnés par le modèle de Berloff-Roberts exhibent un déphasage marqué, qui semble être une conséquence non-physique de la forme du spectre d'excitation. Les calculs énergétiques laissent à penser que les oscillations portent une faible fraction de l'énergie du vortex, l'énergie cinétique dominant.Le calcul du paramètre d'ordre est effectué pour un anneau de grande taille par rapport à la distance interatomique, à vitesse nulle et à vitesse non-nulle. La détermination des énergies potentielle et cinétique permet d'accéder à la vitesse maximale atteinte par l'anneau en fonction de son rayon et de la comparer à la vitesse critique de Landau.

La transition entre la turbulence isotrope 3D et la turbulence anisotrope quasi-2D sous l'effet d'une rotation d'ensemble est étudiée expérimentalement. Un écoulement turbulent est généré par la translation d'une grille dans une cuve remplie d'eau en rotation, et un système de vélocimétrie par images de particules est utilisé pour mesurer les champs de vitesse instantanés dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Nous décrivons dans un premier temps les différents régimes qui caractérisent la décroissance de la turbulence : une loi approximativement autosimilaire est présente pour des temps plus petits que le temps d'Ekman, tandis qu'une décroissance exponentielle de l'énergie prend place à temps long. Les exposants de déclin mesurés expérimentalement sont en assez bon accord avec les valeurs prédites par un modèle phénoménologique, dans lequel les effets de la rotation et du confinement sont pris en compte. Même à très faible vitesse, la rotation a une grande influence sur la loi de déclin de l'énergie en faisant que l'échelle intégrale verticale croît beaucoup plus rapidement à travers la propagation d'ondes d'inertie. Nous décrivons, par la suite, l'influence de la rotation sur les transferts d'énergie à travers les échelles. Le coefficient d'asymétrie des dérivées de vitesse décroît comme le nombre de Rossby microscopique, reflétant l'inhibition des transferts d'énergie par la rotation d'ensemble. Enfin nous présentons des résultats nouveaux concernant l'asymétrie cyclone-anticyclone qui caractérise les écoulements en milieu tournant. L'analyse temporelle de cette asymétrie a montré une croissance en loi de puissance tant que le confinement n'est pas présent.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3834. Articles en anglais reproduits en annexe. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 167-171. Liste des publications.

Ce travail a pour objectif l’étude du tourbillon conique engendré à partir d’une maquette générique représentant un montant de baie de véhicule automobile. Cette structure tourbillonnaire est responsable de fortes fluctuations sur les vitres latérales et génère du bruit dans l’habitacle. Ces véhicules étant soumis à des vents turbulents, la sensibilité de la dynamique de cette structure tourbillonnaire à une turbulence amont a été étudiée, en plaçant une grille à l’entrée de la veine d’essais de la soufflerie.Les propriétés spatiales et temporelles des champs de vitesse et de pression pariétale ont été étudiées en associant simultanément la mesure de la vitesse par Stéréo-PIV haute fréquence à la mesure de pression pariétale fluctuante par capteurs déportés. Nous avons montré qu’un niveau modéré de turbulence amont (intensité : 6%) se traduit par une modification très importante de la dynamique du tourbillon et de la pression pariétale fluctuante associée. Notre conjecture est qu’en l’absence de turbulence externe, la contribution principale au Cp’ est liée à l’empreinte du coeur tourbillonnaire et du décollement secondaire induit. Au contraire, en présence de turbulence amont, la forte augmentation du Cp’ semble associée à une réponse globale de la structure tourbillonnaire.L’étude de la dynamique spatio-temporelle à partir des corrélations pression-vitesse a permis de mettre en évidence le couplage fort existant entre la dynamique de la nappe cisaillée et celle du coeur de la structure tourbillonnaire. Il existe ainsi une modulation de la fréquence de battement de la structure pilotée par la géométrie de la maquette et par les caractéristiques de la turbulence amont (intensité et échelle intégrale). / This work aims to study conical vortices generated from a generic model representing the A-pillar of an automotive vehicle. This vortex structure is responsible of strong fluctuations on the side window and generates noise in the cabin. As these vehicles are subjected to the turbulent wind, the sensitivity of vortex structure dynamics to an upstream turbulence was studied by adding a grid at the test section entrance of the wind tunnel.The spatial and temporal properties of the velocity fields and the wall pressure were studied by simultaneously combining High Speed Stereo-PIV and wall fluctuating pressure measurements with distant sensors. It is shown that a moderate level of upstream turbulence (6% of intensity) results in a very significant change of the vortex dynamics and the associated wall fluctuating pressure. Our assumption is that in the absence of external turbulence, the main Cp’ contributionis linked to the footprint of the vortex core and of the induced secondary separation. On the contrary, in the presence of upstream turbulence, the strong increase of Cp’ seems to be associated with a global response of the vortex structure. The study of the spatio-temporal dynamics withpressure-velocity correlations allowed highlighting the strong coupling between the dynamics ofthe shear layer and of the core of the vortex structure. Thus, there is a modulation of the flapping frequency of the vortex controlled by the geometry of the model and by the characteristics ofthe upstream turbulence (intensity and integral length scale).

Dans cette thèse, nous étudions la dynamique du plateau antarctique à l'aide d'observations in situ. Nous présentons la circulation de l'eau circumpolaire profonde modifiée (MCDW) sur le plateau, en Antarctique de l'est, au large de la Terre Adélie. Le plateau Adélie est actuellement présenté comme la seconde source majeure d'eau antarctique de fond (AABW). La MCDW est une source de chaleur, de sel et de nutriments pour le plateau Antarctique. Améliorer la connaissance de la circulation de la MCDW et le transport de chaleur associé sur le plateau Antarctique est primordial pour mieux comprendre la formation d'AABW, la fonte des glaciers et des plateformes glaciaires ; et l'activité biologique du plateau. Grâce à la mise en ¿uvre d'un modèle inverse sur le plateau Adélie, nous avons proposé un schéma de la circulation moyenne pendant l'été et nous avons estimé les flux de chaleur et d'eau douce associés depuis l'entrée du plateau jusqu'aux région côtière proche du glacier du Mertz. Nous avons pu mettre en évidence des interactions potentielles entre les masses d'eau intermédiaires et profondes, d'une part, et le glacier, d'autre part, mettant en jeu des taux de fonte compatibles avec des estimations antérieures. Une seconde partie de ce travail s'est concentrée sur la variabilité du courant de la fréquence inertielle à l'échelle de temps saisonnière. Nous avons montré avec des observations in situ un fort cycle saisonnier de l'intensité et de la structure du courant sur le plateau Adélie, déjà suggéré dans des études antérieures basées sur des simulations numériques. Le cycle saisonnier doit donc être appréhendé pour bien comprendre les processus sur le plateau. / In this thesis, we study the Antarctic shelf ocean dynamics using in situ observation. We study the circulation of the Modified Circumpolar Deep Water (MCDW) on the East Antarctic shelf off Adélie Land presently recognized as the second major source of AntArctic Bottom Water (AABW). The MCDW is a source of heat, salt and nutrients for the Antarctic shelf. Improved knowledge of the circulation of the MCDW and the associated heat transport on the Antarctic shelf is very important to better understand the AABW formation, the role of the oceanic ice shelf, glacier melting and the biological activity. Thanks to the inverse model implemented on the Adélie Land shelf, we propose a comprehensive scheme of the mean circulation in summer 2008 and we estimate the associated heat and freshwater transports through the shelf break and farther on the shelf toward the Mertz Glacier. We present evidences of ocean induced glacial melt involving interaction of the dense shelf water and the MCDW with the glacier. A second part of this work focuses on the variability of the current from the inertial to the seasonal time scale using mooring observations collected in the AD, we show that a strong seasonal cycle exists in the current heading and vertical structure, in agreement with earlier model results, which implies that the seasonal cycle should be properly taken into account to correctly understand shelf-ocean processes in this region.

Les modélisations physiques actuelles des instruments de la famille des flûtes permettent de prédire correctement et d'interpréter leurs comportements quasi-stationnaires, c'est à dire les modifications du son induites par des variations lentes, par rapport au temps de réponse de l'instrument, des paramètres de contrôle .Le musicien fait cependant varier constamment ces paramètres pour articuler le discours musical. Au cours des transitoires d'attaques notamment, une variation brusque de la pression d'alimentation induit une mise en oscillation progressive de l'instrument. La naissance du son jouant un rôle important dans sa perception, la maîtrise de ces attaques est donc un point essentiel de l'apprentissage du jeu de la flûte et de la fabrication des instruments.Ce travail porte sur la caractérisation et l'interprétation physique des différents phénomènes ayant lieu au cours des transitoires d'attaque des flûtes à bec et des tuyaux d'orgue.Des attaques produites par des musiciens experts et novices sont étudiées dans le domaine spectral et temporel afin d'identifier et quantifier les mécanismes mis en jeu. La comparaison entre les différents musiciens permet de déterminer les phénomènes qu'ils contrôlent et ceux imposés par l'instrument.Après avoir modélisé l'impédance de l'ouverture au niveau du biseau, des simulations de transitoires d'attaque par modèles physique, montrent la capacité ou l'incapacité de ceux-ci à prédire et interpréter les phénomènes observés et leurs variations. Ce travail met ainsi en évidence la complexité des phénomènes contrôlés par les flutistes et les facteurs et les éléments qu'il reste à modéliser afin de pouvoir les interpréter. / Current physical models of flute-like instrument allow to predict and interpret quite well the quasi-stationary behaviors associated to the sound modifications induced by a slow variation of control parameters, compared to the response time of the instrument. However, the musician varies continuously these parameters to articulate the music. During the attack transient a sharp variation of supply pressure starts progressively the vibration of the instrument. The birth of the sound plays an important role for its perception. The control of these attacks is therefore an essential point of interest for the musicians and the instrument makers.The purpose of the studies presented here is to characterize and interpret physically the different phenomena occurring during attack transients of recorders and organ pipes. Attacks played by expert or novice musicians allow to identify and quantify the mechanisms involved. The comparison between musicians allows then to determine phenomena they control and the ones imposed by the instrument.The impedance of the resonator end near the edge is then modelled and included in physical models in order to simulate attack transients. These simulations show the ability or failure of models to predict and to interpret the phenomena observed experimentally and their variability. These studies illustrate the complexity of the phenomena controlled by recorder players and instrument makers and identify the aspects that still need to be modelled in order to interpret them.

Le rôle des tourbillons anticycloniques dans l'évolution des disques protoplanétaires et, en particulier, dans les mécanismes de formation des planétésimaux, est au coeur des défis actuels de l'astrophysique moderne. C'est pourquoi une étude approfondie de leur structure et de leur dynamique est primordiale.Grâce à un outil numérique spécifiquement développé pour l'étude des disques, nous avons revisité l'Instabilité en Ondes de Rossby dans le régime non linéaire, et découvert l'existence d'une cascade des modes de perturbation qui permet de mieux comprendre la formation des tourbillons par cette instabilité.Leur structure à été décrite par un modèle gaussien innovant, remarquablement en accord avec les résultats numériques. Grâce à un échantillon de près de 300 tourbillons, nous avons borné le domaine des dimensions radiales, azimutales et de la vorticité. Deux familles de tourbillons possibles ont été distinguées : (i) les tourbillons incompressibles, stables et quasi-stationnaires; (ii) les tourbillons compressibles, très mobiles et associés à l'émission d'ondes de densité. Leur persistance sur plus de 1000 rotations confirme l'observabilité de tous ces tourbillons. Enfin, nous avons caractérisé leur migration vers l'étoile en fonction de leur géométrie, du gradient de pression et de l'échelle de hauteur du disque. Pour la première fois, une expression analytique permet d'estimer le taux de migration en fonction de ces paramètres; l'échelle de temps pour tomber sur étoile peut aller de 10^6 à 100 rotations. Suivant un modèle de viscosité alpha, la perte de moment cinétique pourrait être suffisante pour maintenir un taux d'accrétion significatif dans la zone morte. / The role of anticyclonic vortices in the protoplanetary disk evolution and in how do planetesimals form are among the most important chalenges of the modern astrophysics. That is why an exhaustive study of the structure and the evolution of these vortices is necessary.Thanks to a numerical code specificly designed for the study of these disks, we have revisited the Rossby Wave Instability in the nonlinear regime, and have discovered that a cascade of the perturbation modes can explain the formation of the vortices created by this instability.We have described the structure of these Rossby vortices with a new gaussian vortex model, which accurately fits the numerical results. A sample of 300 different vortices led us to define the bondaries of the radial and azimuthal extent as well as the vorticity of the vortices. We have distinguished two main families : (i) the incompressible family, which is stable and quasi stationnary ; (ii) the compressible family, moving and exciting density waves. We found them surviving more than 1000 orbits, a clear confirmation of their observability.Finaly, we have caracterized the inward migration of the vortices as a fonction of their shape, their vorticity, but also of the pressure gradient and the scale height of the disk. For the first time, we exhibit a equation relating the migration rate to these parameters. The time scale of the migration ranges from 10^6 to just 100 rotations of the disk. Extremely steep pressure gradients are needed to reverse the migration to an outward regime. Following the alpha viscosity approch, the loss of kinetic momentum due to this migration would be sufficient to sustain the accretion in the dead zone.

Cette étude s'intéresse à une méthode vortex lagrangienne 2-D permettant de simuler des écoulements incompressibles externes autour de multiples corps en mouvement arbitraire. L'implantation initiale de la méthode a été développée à 1' Université Catholique de Louvain puis des modifications ont été apportées en collaboration avec le Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique pour prendre en compte le mouvement et la présence simultanée de plusieurs corps. Cependant, ces modifications n'étaient pas validées et aucune méthode de calcul des forces et du moment sur les corps individuellement n'était disponible. Au sein de cette étude, plusieurs approches de calcul des forces et du moment sont présentées et détaillées, toutes ayant la particularité de ne pas nécessiter la connaissance du champ de pression de l'écoulement. La première approche utilise des surfaces de contrôle englobant chaque corps ainsi que la surface même des corps. La seconde est développée à partir d'une surface de contrôle à l'infini et ne peut fournir que les forces nettes totales sur l'ensemble des corps en présence. La troisième approche ne requiert que de l'information (vitesse et vorticité) à la surface des corps et elle est la seule pour l'instant qui permet de fournir également le moment de force. Toutes ces approches ainsi que les modifications effectuées pour prendre en compte le mouvement sont validées pour des écoulements à bas Reynolds autour de corps en translation et rotation combinés. Les cas d'un cylindre unique, de deux cylindres en tandem et d'une aile oscillante sont étudiés. Les comparaisons sont effectuées à l'aide de résultats produits par le code commercial eulérien de volumes finis Fluent 6.2. Les résultats mettent en évidence l'habilité de la méthode vortex à capturer précisément la dynamique des fluides, ainsi que l'efficacité de chacune des méthodes de calcul des forces et du moment. / This work is about a 2-D lagrangian vortex method allowing simulation of external incompressible flow around arbitrary moving bodies. The initial implementation of the method was developed at Université Catholique de Louvain and adapted for multiple moving bodies in collaboration with Laboratoire de Mécanique des Fluides Numérique. However, these modifications were not validated and no method of force and moment calculation on individual body was available. In this study, several approaches of force and moment calculation are presented and detailed, ail of which do not require information on the pressure field. The first approach uses control surfaces surrounding each body as well as the body surfaces themselves. The second one is developed from a control surface taken at infinity and can only provide total net forces on ail bodies taken together. The third one requires information (velocity and vorticity) only at body surfaces. The latter is the only approach considered up to now that can provide moment of force on the bodies. Ail three methods as well as ail the modifications that were implemented to adapt the solver to moving bodies are validated for low Reynolds number flows around bodies undergoing combined translation and angular motion. Cases of a single cylinder, two cylinders in tandem, and oscillating airfoil are studied. Comparisons are then made with results obtained with the eulerian finite volume commercial code Fluent 6.2. Results show the ability of the vortex method to correctly capture fluid dynamics, as well as the efficiency of each method for the force and moment calculations.

Notre activité de recherche, commencée en 1988, comporte deux périodes. La première, jusqu'en 1995, fut consacrée à la théorie du refroidissement d'atomes par laser : nous avons effectué une étude entièrement quantique du refroidissement à gradient de polarisation, et grâce à la méthode des fonctions d'onde Monte-Carlo, reformulation stochastique de l'équation pilote que nous avons contribué à développer, nous avons pu reproduire les résultats expérimentaux à trois dimensions. La deuxième période, commencée en 1995, est consacrée à la théorie des gaz quantiques, en particulier des condensats de Bose-Einstein : nous avons clarifié le concept de phase d'un champ atomique et prédit une dynamique quantique non triviale de cette phase; nous avons trouvé des solutions par changement d'échelle décrivant l'évolution d'un gaz quantique dans un potentiel harmonique dépendant du temps; nous avons découvert le mécanisme de formation des réseaux de tourbillons quantiques à l'oeuvre dans les expériences du groupe de Jean Dalibard; nous avons étudié quelques propriétés classiques et quantiques des solitons d'ondes de matière et nous avons proposé une méthode ayant permis la première observation expérimentales de ces solitons; nous avons développé de nouveaux outils pour la théorie des gaz quantiques, comme des méthodes de champ classique, de Monte-Carlo quantique et une extension de la méthode de Bogoliubov aux quasi-condensats en dimensionalité réduite.

Les objectifs multiples étaient centrés autour d'une thématique générale : l'influence des processus physiques à mésoéchelle sur l'écosystème planctonique dans les upwellings côtiers. L'utilisation d'outils variés était nécessaire pour aborder les nombreux mécanismes impliqués. La variabilité physique et biogéochimique de l'upwelling de la péninsule Ibérique est d'abord étudiée à partir des données in-situ de la campagne MOUTON 2007. Ensuite, un front secondaire d'upwelling au niveau de la marge continentale a été observé dans ces données, puis expliqué grâce à un modèle numérique en 2D. Enfin, des données satellites et un outil lagrangien nous permettent de comparer le mélange horizontal de l'océan de surface des quatre zones d'upwelling de bord Est, en lien avec l'activité biologique. Nous mettons en évidence une relation négative entre la turbulence à mésoéchelle et les concentrations de chlorophylle. De par la diversité des approches, des progrès ont été faits sur la compréhension des effets des processus physiques à mésoéchelle sur les écosystèmes marins.