Les aérogels de silice sont des matériaux nanoporeux ayant des propriétés physiques remarquables. Leur performance thermique pourrait intéresser le domaine de la superisolation des bâtiments. Une étude approfondie des transferts conductifs dans ces milieux a été menée numériquement et expérimentalement.<br /><br />Sous forme monolithique, les aérogels de silice sont des matériaux autosimilaires constitués d'air piégé dans des nanopores et qui présentent une grande tortuosité du squelette solide. La modélisation des transferts conductifs à partir de l'équation de diffusion thermique en deux dimensions a été réalisée sur des géométries originales et représentatives de la structure interne. Plusieurs types de géométries ont été testés. Celles qui donnent le meilleur compromis sont des pavages périodiques dont l'élément générateur est un flocon de Von Koch, fractale déterministe.<br /><br />A partir des résultats obtenus sous forme monolithique à l'échelle du pore, les transferts conductifs d'empilements granulaires réguliers ont été étudiés à l'échelle macroscopique et en deux dimensions. L'approche originale vient de la prise en compte de la résistance de contact entre les grains dans le modèle numérique. Une analyse paramétrique est alors proposée en utilisant la méthode des plans d'expériences.<br /><br />Afin de confronter les résultats des modélisations numériques pour les matériaux sous forme monolithique et granulaire, un dispositif expérimental du film chaud, mince et gardé a été mis en place. Il permet de caractériser la conductivité thermique et d'analyser son comportement en fonction de la pression de l'air dans les pores et de la force exercée sur l'échantillon.

Dans cette thèse nous nous intéressons au problème de l’impact d’une goutte sur une surface solide. Nous proposons pour cela de nous placer dans un cadre plus général en utilisant les analogies existantes avec d’autres problèmes d’impact. Dans la première partie de ce manuscrit nous proposons de revisiter le problème de l’impact de goutte pour les temps courts à la lumière de son problème dual à savoir l’impact d’un objet solide dans un bain liquide lorsque l’inertie est l’effet dominant. De cette analogie est déduit un modèle reposant sur la théorie des écoulements potentiels. L’analyse asymptotique nous permet de dégager à l’ordre dominant les mécanismes essentiels de ce problème puis nous mettons en évidence la structure autosimilaire des champs de pression et de vitesse induits par l’impact. La structure de la couche limite est également étudiée. Les prédictions théoriques issues de ce modèle sont comparées à des solutions numériques obtenues à l’aide d’un solveur des équations de Navier-Stokes. Nous étudions ensuite les temps intermédiaires de l’impact, correspondants au moment où la solution autosimilaire cesse d’être valide et nous déterminons les causes de cette transition. Dans la troisième partie nous étudions un cas particulier d’évolution aux temps longs en revisitant le problème de l’impact d’une goutte sur un disque de même taille. Nous obtenons les solutions analytiques pour les champs de pression et de vitesse à l’instant initial et nous proposons ensuite différentes directions de recherche pour l’étude de l’évolution de la nappe liquide induite par l’impact. Nous finissons ce manuscrit par une brève introduction aux impacts de goutte de fluides à seuil. / In this thesis we consider the problem of drop impact onto a solid surface. In order to study this phenomenon we consider a more general framework by using analogies with some other impact problems which are a priori very different. In the first part of the thesis we propose to revisit the inertia-dominated drop impact problem for short times at the light of the dual problem defined by the impact of a solid object onto a liquid bath. We deduce from this analogy a model based on potential flow theory. Then asymptotic analysis is used to determine the essential mechanisms of the problem at leading order. This approach reveal a self-similar structure both for the velocity field and the pressure field induced by the impact. The structure of the boundary layer is also studied. Theoretical predictions deduced from this model are compared with numerical solutions obtained with the Navier-Stokes multiphase flow solver Gerris. Then we study the impact for intermediates times which correspond to the period of the breakdown of the self-similar solution. The origin of the transition is determined by using new numerical experiments. In a third part we propose to study a particular case of long time evolution by revisiting the problem of drop impact onto a solid target matching its own size. We obtain analytical solutions for pressure and velocity fields at initial time by using pressure impulse theory and we propose few research directions for the study of the evolution of the liquid sheet induced by the impact. This thesis ends with a brief introduction to drop impact of Bingham fluids.

Dans ce travail de thèse, nous étudions les fluctuations macroscopiques dans un modèle de boules aléatoires. Un modèle de boules aléatoires est une agrégation de boules dans Rd dont les centres et les rayons sont aléatoires. On marque également chaque boule par un poids aléatoire. On considère la masse M induite par le système de boules pondérées sur une configuration μ de Rd. Pour réaliser l’étude macroscopique des fluctuations de M, on réalise un "dézoom" sur la configuration de boules. Mathématiquement cela revient à diminuer le rayon moyen tout en augmentant le nombre moyen de centres par unité de volume. La question a déjà été étudiée lorsque les composantes des triplets (centre, rayon, poids) sont indépen- dantes et que ces triplets sont engendrés selon un processus ponctuel de Poisson sur Rd × R+ × R. On observe alors trois comportements distincts selon le rapport de force entre la vitesse de diminution des rayons et la vitesse d’augmentation de la densité des boules. Nous proposons de généraliser ces résultats dans trois directions distinctes. La première partie de ce travail de thèse consiste à introduire de la dépendance entre les centres et les rayons et de l’inhomogénéité dans la répartition des centres. Dans le modèle que nous proposons, le comportement stochastique des rayons dépend de l’emplacement de la boule. Dans les travaux précédents, les convergences obtenues pour les fluctuations de M sont au mieux des convergences fonctionnelles en dimension finie. Nous obtenons, dans la deuxième partie de ce travail, de la convergence fonctionnelle sur un ensemble de configurations μ de dimension infinie. Dans une troisième et dernière partie, nous étudions un modèle de boules aléatoires (non pondérées) sur C dont les couples (centre, rayon) sont engendrés par un processus ponctuel déterminantal. Contrairement au processus ponctuel de Poisson, le processus ponctuel déterminantal présente des phénomènes de répulsion entre ses points ce qui permet de modéliser davantage de problèmes physiques. / In this thesis, we study the macroscopic fluctuations in random balls models. A random balls model is an aggregation of balls in Rd whose centers and radii are random. We also mark each balls with a random weight. We consider the mass M induced by the system of weighted balls on a configuration μ of Rd. In order to investigate the macroscopic fluctuations of M, we realize a zoom-out on the configuration of balls. Mathematically, we reduce the mean radius while increasing the mean number of centers by volume unit. The question has already been studied when the centers, the radii and the weights are independent and the triplets (center, radius, weight) are generated according to a Poisson point process on Rd ×R+ ×R. Then, we observe three different behaviors depending on the comparison between the speed of the decreasing of the radii and the speed of the increasing of the density of centers. We propose to generalize these results in three different directions. The first part of this thesis consists in introducing dependence between the radii and the centers and inhomogeneity in the distribution of the centers. In the model we propose, the stochastic behavior of the radii depends on the location of the ball. In the previous works, the convergences obtained for the fluctuations of M are at best functional convergences in finite dimension. In the second part of this work, we obtain functional convergence on an infinite dimensional set of configurations μ. In the third and last part, we study a random balls model (non-weighted) on C where the couples (center, radius) are generated according to determinantal point process. Unlike to the Poisson point process, the determinantal point process exhibits repulsion phenomena between its points which allows us to model more physical problems.

Cette thèse a pour objet le comportement asymptotique de solutions globales d'Equations aux Dérivées Partielles d'évolution paraboliques semilinéaires. A travers deux exemples distincts, on traite de la convergence en temps des solutions vers des solutions particulières (ondes progressives, solutions autosimilaires). Dans un premier temps, on étudie la stabilité asymptotique des ondes progressives à symétrie sphérique dans une équation de réaction-diffusion scalaire avec non-linéarité bistable. On obtient un résultat de stabilité pour de petites perturbations radiales et d'instabilité pour des perturbations quelconques. Dans un deuxième temps, on calcule un développement asymptotique jusqu'au second ordre des solutions, à donnée initiale petite, de Navier-Stokes et de Navier-Stokes Coriolis dans une bande tridimensionnelle. On montre notamment que leur comportement asymptotique est régi par le tourbillon d'Oseen. On généralise ensuite ce résultat à toute solution globale uniformément bornée en temps, sans aucune hypothèse de petitesse. Enfin, on met en évidence de telles solutions pour l'équation de Navier-Stokes Coriolis pour les fluides tournants dans le cas d'une rotation suffisamment rapide.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de systèmes dynamiques substitutifs. Les substitutions ont historiquement été introduites pour décrire la suite des sommes des chiffres modulo 2 en base 2 . On étudie des propriétés de la suite somme des chiffres et notamment les propriétés des densités asymptotiques d'ensembles liés aux autocorrélations de fonctions arithmétiques définies par les fonctions somme des chiffres. On démontre notamment un théorème de la limite centrale pour ces densités. On étudie également les propriétés de régularité de la fonction de pression dans le cadre du formalisme thermodynamique, introduit par Bowen, Ruelle et Sinaï, pour une famille de potentiels définis en terme de distance à l'attracteur de la substitution de k-bonacci. On démontre la convergence des itérés de l'opérateur de renormalisation introduit par Baraviera, Leplaideur et Lopes vers un point fixe pour cette même famille de potentiels. Enfin, on étudie des propriétés de régularité de certaines mesures spectrales associées à des pavages auto-similaires en s'appuyant sur des travaux de Bufetov et Solomyak portant sur les déviations des sommes ergodiques dans le cas de l'action par translation de \R^d sur les pavages auto-similaires de R^d. On démontre qu'après renormalisation, ces mesures spectrales se comportent comme des mesures de Radon autour de zér / In the present work we study substitutive dynamical systems. Historically, substitutions have been introduced in order to describe the sequence of the sum-of-digits mod 2 in base 2. We study some properties of densities of sets defined by sum-of-digits functions, sets which are linked with autocorrelations of some arithmétic functions. We prove that these densities are usually normally distributed. We also study the regularity of the pressure function in the framework of the thermodynamics formalism, introduced by Bowen, Ruelle and Sinaï, for a family of potentials defined in terms of distance to the attractor of the k-bonacci substitution. We also show that the iterations of the renormalisation operator defined by Baraviera, Leplaideur and Lopes converges towards a fixed point of this operator. Finally we study the regularity of some spectral measures associated to self-similar tilings using mostly works from Bufetov and Solomyak on the deviations of ergodic sums for the action of translations by vectors in R^d on self-similar tilings of R^d. We prove that, afeter renormalisation, these spectral measures behave like Radon measures around

La présente thèse couvre deux principaux thèmes de recherche qui seront présentés dans deux parties et précédés par un prolegomenon commun. Dans ce dernier nous introduisons les concepts essentiels et nous exploitons aussi le lien entre les deux parties.<p><p>Dans la première partie, le principal objet d’intérêt est la soi-disant fonctionnelle exponentielle de processus de Lévy. La loi de cette variable aléatoire joue un rôle primordial dans de nombreux domaines divers tant sur le plan théorique que dans des domaines appliqués. Doney dérive une factorisation de la loi arc-sinus en termes de suprema de processus stables indépendants et de même index. Une factorisation similaire de la loi arc-sinus en termes de derniers temps de passage au niveau 1 de processus de Bessel peut aussi être établie en utilisant un résultat dû à Getoor. Des factorisations semblables d’une variable de Pareto en termes des mêmes objets peut également être obtenue. Le but de cette partie est de donner une preuve unifiée et une généralisation de ces factorisations qui semblent n’avoir aucun lien à première vue. Même s’il semble n’y avoir aucune connexion entre le supremum d’un processus stable et le dernier temps de passage d’un processus de Bessel, il peut être montré que ces variables aleatoires sont liées à des fonctionnelles exponentielles de processus de Lévy spécifiques. Notre contribution principale dans cette partie et aussi au niveau de caractérisations de la loi de la fonctionnelle exponentielle sont des factorisations de la loi arc-sinus et de variables de Pareto généralisées. Notre preuve s’appuie sur une factorisation de Wiener-Hopf récente de Patie et Savov.<p>Dans la deuxième partie, motivée par le fait que la dérivée fractionnaire de Caputo et d’autres opérateurs fractionnaires classiques coïncident avec le générateur de processus de Markov auto-similaires positifs particuliers, nous introduisons des opérateurs généralisés de Caputo et nous étudions certaines propriétés. Nous nous intéressons particulièrement aux conditions sous lesquelles ces opérateurs coïncident avec les générateurs infinitésimaux de processus de Markov auto-similaires positifs généraux. Dans ce cas, nous étudions les fonctions invariantes de ces opérateurs qui admettent une représentation en termes de séries entières. Nous précisons que cette classe de fonctions contient les fonctions de Bessel modifiées, les fonctions de Mittag-Leffler ainsi que plusieurs fonctions hypergéométriques. Nous proposons une étude unifiant et en profondeur de cette classe de fonctions. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished