La capillarité dans un milieu granulaire est étudiée aux échelles locale et macroscopique dans le cas 3D polydisperse. A l'échelle locale, un modéle explicite de cohésion par capillarité est proposé. Il comprend une loi de comportement et un critère de rupture locaux fonctions des caractéristiques du doublet. La pertinence du modèle est vérifiée expérimentalement sur des billes de verre. Il est implémenté dans un code de calcul en éléments discrets, en association avec une gestion numérique de la répartition de l'eau dans le milieu. Des essais de compression sont réalisés numériquement et expérimentalement. Leur concordance a permis de valider l'approche en éléments discrets dans le cas de la capillarité, et d'envisager l'étude du comportement macroscopique des matériaux granulaires humides. Enfin, l'influence de certains couplages est abordée afin de montrer la sensibilité de la cohésion par capillarité aux conditions environnementales ainsi que les possibilités offertes par le code

Cette thèse porte sur l' ́etude expérimentale des déformations générées par la tension de surface de certains liquides sur des membranes flexibles. Dans une première partie, nous montrons expérimentalement qu'il est possible de contrôler l'enrobage spontané d'une membrane flexible autour d'une goutte d'eau 'a l'aide d'un champ ́electrique. Si la tension augmente au delà d'une valeur critique la membrane s'ouvre. Cette transition est réversible, mais inclus une forte hystérésis. Nous proposons des lois d' ́echelle pour les tensions critiques d'ouverture et fermeture basées sur l'interaction des ́energies de tension de surface, ́elastique et du champ ́electrique. Dans la deuxième partie nous ́etudions les rides générées par la différence de tension de surface entre l'intérieur et l'extérieur de une couronne flexible flottant à la surface de l'eau. Nous avons estimé des critères simplifiés pour le seuil de flambage de la couronne et la longueur d'onde des plis, et nous avons ́egalement d ́etermin ́e l' ́evolution de la longueur des plis au delà du seuil. Dans la dernière partie de la thèse, nous ́etudions la morphologie de cascades de plis qui apparaissent dans différents systèmes lorsqu'une longueur d'onde est imposée sur une frontière, et ́evolue à la suite d' ́evénements discrets successifs de coalescence de plis. Des expériences ma- croscopiques nous permettent de caractériser les propriétés de ces cascades. Nous avons distingué deux régimes différents selon l'importance de la tension axiale. Nous avons vérifié que nos lois d'échelle permettent de décrire aussi bien des rideaux en tissu de plusieurs mètres de haut que des feuilles de graphène d'épaisseur atomique.

On considère la métropolisation comme un ensemble de processus, qui, depuis les années 1980, bouleversent les rapports des sociétés à leurs territoires. En particulier, ces changements ont réinterrogé le rôle du transport comme outil d‟aménagement du territoire. Les réseaux de transport présentent ainsi des aptitudes à structurer les territoires métropolitains, en permettant un fonctionnement des lieux en interaction et une appropriation de la part des individus et des sociétés qui les gèrent et les utilisent. L‟objectif de cette recherche est de construire un outil d‟aide à la décision en aménagement du territoire et politique des transports qui puisse rendre compte du potentiel que les réseaux de transports offrent à la structuration du territoire métropolitain. Dans l‟esprit de proposer une alternative au tout-automobile, le travail se concentre sur les réseaux de transport collectif. Concrètement, une démarche modélisatrice est menée et mobilise les notions d‟accessibilité et de capillarité, qui font l‟objet de mesures chiffrées. Ces indicateurs peuvent informer les décideurs sur les qualités des réseaux de transport étudiés. L‟application est menée sur les réseaux de transport collectifs des régions Nord-Pas-de-Calais et Provence-Alpes-Côte d‟Azur. Les analyses mettent en relief certains dysfonctionnements, c‟est pour y remédier que des projets d‟aménagement en matière de transport ont été simulés dans chacune des régions. Les résultats montrent comment les réseaux de transport collectif peuvent favoriser une construction métropolitaine, mais aussi leurs limites. En effet, la thèse plaide pour une conception coordonnée des politiques de transport et d‟aménagement.

Dans cette thèse de physique appliquée à la physiologie végétale nous nous intéressons à deux phénomènes liés aux plantes. L'ascension capillaire dans des coins et la verse des céréales et des arbres. Lorsque les plantes sont soumises à de forts stress hydriques, des bulles de gaz apparaissent dans leur sève, c'est l'embolie. Il y a des situations avec interfaces sève/air dans les plantes. De plus nous observons sur les coupes anatomiques des plantes des géométries en forme de coin. Ces géométries et la présence d'interfaces liquide/vapeur permettraient l'ascension capillaire de la sève. Ceci pourrait réparer les embolies soit en remplissant les vaisseaux qui se sont vidés de leur sève, soit en assurant un flux de sève de secours, le temps que de nouveaux vaisseaux remplis de sève soient formés. Nous avons caractérisé la dynamique de l'ascension capillaire dans des géométries en forme de coin et nous l'avons appliquée à l'ascension capillaire dans des rameaux embolisés. La verse est la chute des plantes, elle est causée entre autre par le vent. Elle apparaît tous les ans dans les champs de céréales, détruisant en moyenne 30% des récoltes. Les forêts en sont aussi victimes lors des grandes tempêtes, on pense à Lothar et Martin en 1999 et Klaus en 2009 pour la France. La comparaison entre la vitesse des vents et le pourcentage d'arbres cassés indique une vitesse critique de 150 km/h pour laquelle presque tous les arbres sont détruits. En nous intéressant aux effets de la géométrie des plantes et à leur caractère fragile nous avons déterminé des critères de rupture et notamment retrouvé une vitesse critique proche de 150 km/h pour laquelle les arbres sont versés

Soumises à des écoulements, les interfaces des liquides peuvent subir des déformations importantes. Nous étudions dans la première partie les formes adoptées par des gouttes d'eau en chute dans l'air. En particulier, nous décrivons un mécanisme de désintégration des plus gros globules et proposons une loi d'évolution de cette forme. Nous nous penchons ensuite sur la dynamique de films fluides dans des environnements visqueux. Le temps de vie des antibulles est déterminé par le drainage du film d'air sous l'influence de la gravité. L'éclatement des films d'eau savonneuse ou d'air immergés dans un environnement très visqueux est fortement affecté. Nous proposons un modèle décrivant la dynamique de l'ouverture des trous dans ces films. Lors de l'éclatement, le fluide constituant le film est collecté dans un bourrelet qui, du fait de sa géométrie<br />cylindrique et des écoulements qu'il subit, se déstabilise. Enfin, nous abordons le problème de l'entraînement d'air lors de l'impact d'un jet liquide sur un bain du même liquide. Nous montrons que le seuil d'entraînement est décalé par l'évasement et le ralentissement du jet juste avant son impact.<br /><br />Un premier complément tente une approche expérimentale simplifiée de la propulsion par un moteur pop-pop. Le second est un travail visant à comprendre le comportement de l'angle de contact dynamique au voisinage de la transition d'entraînement.

À l'échelle macroscopique, le transport d'un composant d'un mélange fluide dans un milieu poreux est décrit par des flux advectif, diffusif et dispersif. Ces deux derniers peuvent être formulés en utilisant les tenseurs de diffusion et de dispersion homogénéisés. Nous nous intéressons d'abord au cas monophasique où le milieu est saturé par un liquide incompressible. En utilisant la technique de développement asymptotique à double échelle, le champ de vitesse est d'abord obtenu en résolvant le problème de Stokes à l'échelle microscopique, puis le champ de vitesse est utilisé pour résoudre un problème d'advection-diffusion vectoriel dont la solution permet d'évaluer les tenseurs de diffusion et de dispersion. Nous considérons une approximation par éléments finis des problèmes posés à l'échelle microscopique dont nous effectuons une analyse numérique complète. Dans le cas du problème de Stokes, nous comparons trois types d'éléments finis en fonction de la qualité de la divergence du champ de vitesse discret. A titre d'application, nous calculons les valeurs des tenseurs de diffusion et de dispersion pour des réseaux cubiques et cubiques centrés de sphères et nous étudions l'influence de l'intensité de l'advection et de la morphologie des pores sur les tenseurs. La méthodologie ci-dessus est étendue au cas diphasique où nous considérons le transport de vapeur en équilibre avec des ménisques liquides localisés dans les pores. Nous mettons en évidence l'influence de la concentration de vapeur et de la taille des pores dans l'équilibre liquide-vapeur. Des simulations sur des réseaux cubiques et cubiques centrés de sphères fournissent les coefficients des tenseurs de diffusion et de dispersion. Enfin, un problème de transport macroscopique est résolu afin d'étudier les effets non-linéaires dus au caractère multi-échelles du problème.

Les solutions colloïdales constituées de nanoparticules en solution sont une famille d'objets aux propriétés optiques uniques. Leur utilisation comme élement de base à la fabrication de composants optiques sublongueur d'onde pourrait permettre la naissance de nouvelles applications en particulier dans le domaine de l'optique intégrée et de la détection biologique. La manipulation de ces particules reste toutefois un défi en raison de leur taille et de leur dispersion aléatoire dans un milieu liquide. Dans ce contexte, nous avons réalisé des nouveaux composants optiques grâce au développement de techniques de fabrication basées sur la méthode d'assemblage capillaire assisté par convection. Deux types de structures ont été réalisés puis évalués en terme de comportement optique : les dimères métalliques d'Au et les microsphères diélectriques de polystyrène assemblées en chaînes ou en réseaux. Pour les dimères, une étude fondamentale a été effectuée sur les phénomènes plasmoniques régissant les propriétés optiques de ces objets. Leur potentiel en tant que détecteur ultrasensible SERS et nanoantenne à boîtes quantiques a ensuite été approfondi. Pour les microsphères, une étude sur la propagation et la diffusion des modes de galerie présents dans ces objets a tout d'abord été réalisée dans le but d'en faire des candidats pour la détection ultrasensible. Les propriétés de guidage de la lumière dans des assemblages en chaîne ont ensuite été traitées. Afin de compléter ce travail un dernier composant optique a été développé en complément des guides et capteurs colloïdaux déjà réalisés. Il s'agit d'une nouvelle génération d'émetteurs localisés conçus pour un usage large et versatile et qu'il est possible de définir comme microsource de lumière blanche.

L'imbibition d’eau pour les matériaux granulaires induit des changements dans la morphologie des ponts capillaires qui passent d'une forme isolée (entre deux grains voisins), à une forme fusionnée (entre plusieurs grains voisins). Ces changements de morphologie des ponts liquides influencent le comportement mécanique de ces matériaux, et peuvent être à l’origine d’instabilités telles que l’effondrement capillaire. La thèse présente une approche expérimentale multi-échelle au laboratoire de l'effondrement capillaire de matériaux granulaires lors d'une imbibition d'eau. L’approche concerne les trois échelles: macroscopique d'un Volume Élémentaire Représentatif, mésoscopique de quelques grains et locale de trois ou quatre grains. À l'échelle macroscopique, des essais d’imbibition, dans une cellule triaxiale, ont permis l'identification et l'analyse du phénomène d'effondrement capillaire en mettant l'accent sur l'évolution des déformations dans le temps. Les essais sont réalisés sur deux types de matériaux granulaires, le premier est un matériau constitué de billes de verre et le deuxième est un sable concassé. Une fraction argileuse est parfois incorporée au matériau. Plusieurs paramètres ont été étudiés en vue de comprendre leurs contributions dans le déclenchement du phénomène d'effondrement comme : la granularité, la teneur en eau initiale, la compacité initiale et le pourcentage des particules argileuses. Aux échelles mésoscopique et locale, on propose une étude expérimentale de caractérisation du comportement mécanique des matériaux granulaires dans le régime pendulaire et funiculaire. On s’intéresse en particulier à l’effet de l’imbibition et de la coalescence sur la force capillaire entre les grains solides à l’échelle considérée. Les essais d'imbibition sont réalisés par ajout d’incréments de volume d’eau aux ponts capillaires. Les résultats relatifs au comportement et à l’effondrement à l’échelle macroscopique lors de l'imbibition d'eau sont discutés en s’aidant des résultats obtenus aux échelles inférieures. / Wetting in granular materials induces changes in the morphology of capillary bridges which pass from an isolated form (between two neighboring grains) to a merged form (between several neighboring grains). These changes in the morphology of the liquid bridges impact the mechanical behavior of these materials, and can lead to instabilities such as capillary collapse. The thesis presents a multi-scale experimental approach in the laboratory of the capillary collapse of granular materials during wetting. The approach concerns the three scales: macroscopic of a Representative Elementary Volume, mesoscopic of several grains and local of three or four grains. At the macroscopic scale, the wetting tests, carried out in a triaxial cell, allowed the identification and the analysis of capillary collapse phenomenon, focusing on the evolution of deformations over time. The tests are carried out on two granular materials, the first is a material made of glass beads and the second is a crushed sand. A clay fraction is sometimes incorporated into the material. Several parameters have been studied in order to understand their contributions to the triggering of the collapse phenomenon, such as: grain size, initial water content, initial compactness and percentage of clay particles. At the mesoscopic and local scales, an experimental study is proposed to characterize the mechanical behavior of a granular materials, in the pendular and funicular regimes. In particular, this study focus on the effect of the wetting and the coalescence of bridges, on the capillary force between grains at the considered scale. Wetting tests were performed by adding water volume increments to the capillary bridges. The results on behavior and collapse at the macroscopic scale during wetting are discussed using the results obtained on the lower scales.

Dans cette thèse, nous souhaitons décrire la dynamique du front d'avancement d'un film mince s'écoulant sur un plan incliné non rugueux. Nous nous intéressons surtout au problème de point triple situé à l'interface entre la paroi solide, le fluide en mouvement et l'air, par exemple lors de l'écoulement d'une goutte sur une surface inclinée. Dans une première partie, nous expliquons pourquoi on peut se ramener aux équations de Stokes et pourquoi le problème résultant est mal posé. Pour y remédier, la condition de non-glissement à la paroi est remplacée par une condition de glissement lorsqu'on est proche du front. Ainsi on réussit à trouver une solution dans H1. Puis nous développons la dynamique de l'écoulement à l'amont du front : un film mince. Cet écoulement peut se modéliser sous la forme d'équations de type Saint-Venant sur la hauteur et le débit. Nous justifions cette construction à partir des équations de Navier-Stokes en utilisant un développement asymptotique en fonction du paramètre onde longue. Dans la zone du front nous résolvons le système de Stokes stationnaire avec glissement au fond par un développement asymptotique en fonction du nombre capillaire. Le front est divisé en une zone interne près du front et une zone externe loin du front, puis les solutions de chaque zone sont soit raccordées directement (angles dynamique et statique égaux), soit raccordées au moyen d'une zone intermédiaire (angles dynamique et statique différents). Cela nous conduit à deux familles de modèles. En réunissant les modèles type Saint-Venant et les différents modèles de front, nous obtenons un modèle de Saint-Venant tenant compte de la dynamique du front. À partir de ce modèle à deux équations nous pouvons écrire un modèle plus simple à une équation sur la hauteur. Ce modèle permet d'étendre les modèles existants avec adhérence à des modèles avec glissement. On peut alors réaliser des simulations numériques combinant un front d'avancement et un film mince / In the present work, we describe the dynamics of a moving contact line for thin films flowing down an inclined plane. Our focus is the problem of triple point located at the interface between the solid wall, the moving fluid and air, for example the spreading of a drop on a plane dry wall (horizontal or inclined) due to gravity and capillarity. In the first part, we explain how we can reduce to the Stokes equations and why the resulting problem is ill-posed. This singularity is removed by permitting the fluid to slip along the wall close to the contact line. Thus we manage to find a solution in H1 constructed by asymptotic expansions. Then we focus on the upstream dynamic of the flow, which is set to a thin film flow. We develop the classical system of Shallow-water equations (Saint-Venant equations) from the full Navier-Stokes system using the classical long-wavelength expansion. We obtain a set coupled equations for the flow depth and the flow-rate. In the neightboorhood of the contact line, we develop an asymptotic expansion of the steady Stokes system with slip at bottom in function of the capillary number. The solution in the vicinity of the contact line is developped in the inner region and the outer region. Then, a direct matching can be done (assuming dynamic and static angles are equals) or using an intermediate region (with different angles). This leads to two different families of models. Bringing together the upstream Shallow-water equations and the contact line models, we write a new Shallow-water model taking into account the dynamic of the moving contact line. Then, we deduce a simplier one-equation model for the film thickness. This model extends existing models with no slip at bottom to models with slip. Direct numerical simulations of the last models are performed, combining a moving contact line and a thin liquid film

De par leur petite taille et suivant leur nature, les micro et nanoparticules colloïdales présentent de nouvelles propriétés physiques, tout particulièrement dans le domaine de l'optique (guidage et focalisation sub-longueur d'onde, propagation de plasmons, émission monochromatique...). Toutefois la synthèse chimique de ces micro/nano-objets étant principalement réalisée en phase aqueuse, il devient nécessaire de développer des technologies pour surpasser leur mouvement aléatoire dans le liquide et permettre leur positionnement et leur organisation sur une surface de façon déterministe. Les méthodes d'assemblage par forces de capillarité, consistant à contrôler l'évaporation d'une goutte de suspension colloïdale sur un substrat lithographié, font partie des outils les plus prometteurs. Depuis plusieurs années notre équipe a développée un banc expérimental basé sur l'assemblage thermodynamique par forces de capillarité en milieu confiné. Cette technique a permis la réalisation de structures planaires à base de nano et microparticules diélectriques ou métalliques pour mener des études optiques (couplage plasmonique, nanojet photonique...). Néanmoins, un des défis reste la maitrise de cette technologie pour l'élaboration de structures tri-dimensionnelles diélectriques ou métalliques.C'est dans cette perspective que nous avons développé une technologie permettant la réalisation et le transfert d'architecture 3D de taille et de forme variées, à base de nanoparticules. Deux types d'architectures ont été réalisés : des architectures métalliques constituées de nanoparticules d'or (de diamètre 100 nm), et des structures diélectriques à l'aide d'un mélange de particules de polystyrène fluorescentes (diametre 100 nm).Les propriétés plasmoniques des architectures métalliques ont été étudiées en champ lointain par spectroscopie de diffusion et par luminescence à deux photons. L'influence des caractéristiques structurales des objets sur leur réponse optique ont ainsi pu être évaluées. L'effet du à la structuration en trois dimensions a également été observé sur la réponse en champ proche optique.Les architectures diélectriques présentent quant à elles un potentiel en tant qu'émetteurs polychromatiques dans la gamme spectrale du visible. Une étude spectroscopique de mélanges de particules de trois couleurs différentes (bleu, vert et rouge) a été réalisée afin de déterminer les propriétés spectrales et chromatiques de tels objets, et ainsi donner naissance à une émission polychromatique blanche localisée sur un substrat de silicium.Finalement une approche tout à fait originale a été abordée afin d'utiliser la technique d'assemblage par forces de capillarité en tant que méthode de détection ultra-sensible. Une preuve de concept a alors été obtenue à l'aide de suspensions colloïdales de nanoparticules d'or. / By their small size and according to their nature, colloidal micro and nano-particles exhibit novel physical properties, especially in the field of optics (subwavelength guiding and focusing, plasmon propagation, monochromatic emission...). However, the chemical synthesis of these micro/nano-objects being mainly carried out in aqueous phase, makes it necessary to develop technologies to overcome their random motion in the liquid phase and allow their deterministic positioning and organization on a surface. The capillary assembly methods, consisting in controlling the evaporation of a colloidal droplet on a lithographied substrate, are among the most promising tools. For several years our team has developed a test bench based on the thermodynamic capillary force assembly in a confined environment. This technique has allowed the realization of planar structures based on dielectric or metallic nano and microparticles to conduct optical studies (plasmonic coupling, photonic nanojet...). Nevertheless, one of the remaining challenges is the development of three-dimensional dielectric or metallic structures with the capillary force assembly technique.In this context we have developed a technology for the realization and the transfer of 3D nanoparticles architectures of various sizes and shapes. Two types of architectures have been created : metallic architectures made of gold nanoparticles (100 nm in diameter), and dielectric structures of fluorescent polystyrene particles (100 nm in diameter).The plasmonic properties of the metallic architectures have been studied in far field by scattering spectroscopy and two-photon luminescence. The influence of the structural characteristics of these objects on their optical response could thus be assessed. The effect of the three-dimensional structure has also been observed on the near field optical response.The dielectric architectures present a potential as polychromatic emitters in the visible spectral range. A spectroscopic study of particle mixtures of three different colors (blue, green and red) was performed to determine the spectral and chromatic properties of such objects, and thus give rise to a white polychromatic emission localized on a silicon substrate.Finally, a completely original approach to use the technique of capillary force assembly as an ultra- sensitive detection method was discussed. A proof of concept was then obtained using colloidal suspensions of gold nanoparticles.