On observe parfois, dans les milieux turbulents bidimensionnels, la formation de structures tourbillonnaires localisées, quasi-régulières. Dans ce travail, nous examinons différents mécanismes pouvant expliquer la formation de ces structures. Tout d'abord, nous étudions l'influence de fluctuations extérieures sur les conditions initiales de l'écoulement, c'est-à-dire nous examinons le rôle que ces fluctuations peuvent jouer sur la formation de structures régulières. Ensuite, nous appliquons les lois de la mécanique statistique pour mettre en place un principe d'´evolution des tourbillons suivant la ”température” de leur configuration initiale. Enfin, nous nous placerons dans le cas où le système se trouve encore à un temps antérieur à celui de relaxation. Nous verrons apparaitre des structures tourbillonnaires multi-pétales. Des structures plus complexes, les tourbillons-sources, seront étudiées dans la partie finale du travail.

Cette thèse porte sur l'étude expérimentale de la dynamique temporelle ainsi que les différentes transitions associées à l'apparition des structures cohérentes à grandes échelles en turbulence bidimensionnelle (2D). Pour un taux de dissipation constant, l'augmentation progressive de l'énergie injectée dans le système favorise la formation de structures à l'échelle du système, dont la structure spatiale ainsi que la dynamique se distinguent de l'écoulement turbulent aux plus petites échelles. Nous avons ainsi quantifié à l'aide des distributions des amplitudes de l'écoulement à grande échelle une transition en présence d'un fond turbulent. De plus, nous avons montré la présence d'une signature spectrale singulière qu'on nomme communément "bruit en 1/f". Nous proposons un cadre théorique permettant d'expliquer l'origine de ce "bruit en 1/f" dans les écoulements présentant des structures cohérentes. À mesure que le forçage augmente, nous avons observé l'émergence d'une configuration spatiale de vorticité, caractéristique d'une interaction entre l'écoulement à grande échelle avec les échelles d'injection d'énergie. Cet état est souvent nommé, par analogie à la condensation de Bose-Einstein, le régime condensé. Du fait de la symétrie du forçage, l'écoulement à grande échelle peut tourner dans les deux sens. Nous avons alors observé des renversements erratiques du sens de la circulation, dont les propriétés sont comparées aux modèles de renversements récemment proposés pour expliquer les inversions du champ magnétique terrestre.