L'influence de la concentration totale en biopolymères et de la polydispersité de la protéine sur la formation et la stabilité de coacervats a été étudiée dans un mélange b-lactoglobuline/gomme d'acacia/eau. Les mélanges de b-lactoglobuline (b-lg) native ou agrégée (56% d'agrégats insolubles à pH 4,75) et de gomme d'acacia à des pH compris entre 3,6 et 5,0 sont caractérisés par une séparation de phase par coacervation complexe. Une concentration totale élevée en biopolymères limite l'influence du pH et du ratio de mélange protéine : polysaccharide sur la formation des coacervats dans les deux systèmes. En revanche, une forte polydispersité de la b-lg permet d'étendre l'aire de la zone biphasique des diagrammes de phases ternaires obtenus à pH 4,2. Des coacervats et des précipités sont obtenus en présence d'agrégats de b-lg. Seuls des coacervats sont visibles avec la b-lg native. Leur taille est contrôlée par les agrégats protéiques qui interagissent spécifiquement avec une fraction de la gomme d'acacia. La structure des coacervats est caractérisée par une vacuolisation issue d'une coalescence partielle des plus petits coacervats. Après interaction avec la gomme d'acacia, des mesures de dichroïsme circulaire indiquent une modification de la structure en hélice a de la b-lg, caractérisée par une densité de charge positive. La stabilité et la structuration des coacervats formés résultent d'un équilibre entre des phénomènes de floculation, coalescence et sédimentation des coacervats comme indiqué par des mesure de diffusion de la lumière en milieu turbide et microscopie confocale à balayage laser. Enfin, l'étude de la cinétique de structuration des mélanges b-lg/gomme d'acacia/eau par diffusion de la lumière aux petits angles, révèle des phénomènes de diffusionnels et hydrodynamiques responsables de la croissance des domaines structuraux. Dans certains cas, la cinétique de coacervation complexe peut être décrite par le modèle théorique de décomposition spinodale.

Dans ce mémoire nous avons étudié numériquement plusieurs systèmes d'écoulements confinés. Nous avons étudié l'influence des hétérogénéités d'un milieu poreux sur l'étalement d'un front de mélange pour des fluides miscibles visqueux. Il s'est révélé que la loi de mélange était diffusive pour un rapport de viscosité neutre et stabilisant et convective pour une rapport déstabilisant. Dans la seconde partie de ce mémoire, nous avons étudié le comportement d'un déplacement de deux fluides miscibles dans une cellule de Hele-Shaw lorque la loi de viscosité est non-monotone. Nous avons traité ce problème à l'aide d'un système d'équations présentant un changement de nature: elliptique -- hyperbolique. Dans la troisième partie de ce mémoire, nous avons étudié numériquement et experimentalement la sélection et la stabilité du même système lorsque la loi de viscosité est monotone.

Les ferrofluides sont des colloïdes stables de nanoparticules. L'action d'un champ magnétique est à même d'engendrer diverses instabilités hydrodynamiques, qui se produisent aux interfaces ou en volume. Après une courte introduction aux ferrofluides, trois situations sont examinées. Les ondes de surface sont amplifiées par un champ magnétique normal à l'interface, conduisant à l'instabilité de Rosensweig. Une expérience est réalisée pour mesurer la relation de dispersion obtenue théoriquement par l'analyse linéaire. La méthode ombroscopique employée permet de visualiser une déformation prétransitionnelle de l'interface, ainsi que l'apparition d'ondes azimutales au voisinage du champ critique de l'instabilité. La résistance de vague est la force qui s'oppose au déplacement d'un objet en surface,causée par l'émission d'ondes de surface. Si sa taille est très petite devant la longueur capillaire, la résistance de vague est nulle en deçà d'une vitesse critique, puis fonction croissante de la vitesse de déplacement. Une expérience a été réalisée afin d'observer ces prédictions théoriques récentes. Des fluides de différentes viscosités ont été employés. Avec des ferrofluides, il est possible de réduire a volo la vitesse critique. Dans tous les cas, le phénomène critique est bien observé conformément à la théorie. Cependant, la résistance de vague paraît être une fonction non-monotone de la vitesse. Enfin, les propriétés originales des ferrofluides permettent de concevoir une expérience de convection magnéto-calorique en géométrie centrale, en tous points semblable à la convection de Rayleigh-Bénard. Moyennant l'utilisation de lois d'échelle appropriées, un modèle de laboratoire est élaboré qui simule la convection dans le manteau terrestre!: le nombre de Rayleigh avoisine le million. Le champ de température est observé par thermographie infrarouge. Des cellules de convection mobiles sont observées, et le nombre de Nusselt est obtenu en fonction du nombre de Rayleigh.

Les méthodes actuelles de calcul instationnaire des équations de Navier-Stokes (Simulation Numérique Directe (SND), Simulation des Grandes Echelles (SGE)) demandent encore un temps de calcul excessif pour pouvoir être utilisées à des fins industrielles. D'autre part, les méthodes statistiques (RANS) moins coûteuses, ne permettent pas de rendre compte des phénomènes à large bande fréquentielle, qui sont à l'origine, par exemple, des ondes acoustiques. Le développement de méthodes localement couplées permet de concilier les avantages des deux types d'approches précités (SGE et RANS). Une méthode originale de ce type à été développée sur la base de la Non-Linear Disturbance Equations (NLDE). Elle consiste à résoudre l'intégralité du champ grâce à un calcul statistique. Ensuite, aux endroits critiques, le complément fréquentiel est calculé en SGE, de manière à enrichir le champ. Le code a été implanté sur le NEC SX5 de l'ONERA et testé sur plusieurs cas d'application en incompressible (canal plan bi-périodique) et en compressible (aube de turbomachine, aile hypersustentée). Ses possibilités ont été testées et des conditions limites spécifiques ont été développées. La méthode se comporte bien dans tous ces cas d'application et peut être utilisée de façon locale, permettant ainsi une nette réduction du temps de calcul.

Certains fluides complexes présentent un plateau horizontal de la contrainte en fonction du cisaillement dans leur courbe d'écoulement. Sur ce plateau une structuration de l'écoulement en bandes de cisaillement est parfois observée. Trois fluides complexes sont étudiés, qui possèdent tous trois un plateau horizontal dans leur courbe d'écoulement. Les techniques expérimentales utilisées : la rhéologie, la mesure de profils de vitesse par IRM, et des expériences de biréfringence ont permis de mettre en évidence trois origines à ce plateau. Une première solution de micelles géantes dans le régime semi-dilué montre le développement d'une bande biréfringente et fortement cisaillée sur le plateau, qui croît avec le cisaillement. Un deuxième système, une phase lamellaire avec une texture oignon présente une structuration en bande de vorticité sur le plateau horizontal. Enfin pour une troisième solution de micelles géantes dans le régime dilué, le plateau est expliqué par du glissement à la paroi. La diminution de la traînée turbulente, observée pour ce système, semble également due à du glissement.

Dans cette étude, on s'intéresse à la compréhension de la dynamique de l'écoulement d'interaction d'une couche de mélange plane turbulente avec un cylindre circulaire. Cet écoulement trimensionnel et inhomogène dans les trois directions est analysé, dans un premier temps, à l'aide de mesures fils chauds et de mesures de pressions pariétales. A partir de ces données, on montre l'influence du nombre de Reynolds, du rapport d'aspect et du paramètre de cisaillement sur le nombre de Strouhal, le coefficient de succion et la longueur de formation. En particulier, les analyses montrent que, dans la région au dessus de l'impact de la couche de mélange (du côté basse vitesse), l'analyse spectrale présente systématiquement au moins deux cellules de fréquence constante. L'organisation principale est quant à elle analysée à l'aide de mesures PIV (Vélocimétrie par Image de Particule) et au moyen de la POD (Décomposition Orthogonale aux valeurs Propres). Les premiers modes POD, représentant l'organisation des structures cohérentes énergétiquement dominantes, montrent clairement la présence de structures inclinées de part et d'autre de la région d'impact de la couche de mélange. En dessous de l'impact (du côté haute vitesse), où l'écoulement est tridimensionnel, les modes POD plus élevés présentent des modes de coalescence de structures, de structures longitudinales et de dislocations de structures, proches de ceux trouvés lors de la tridimensionalisation des sillages (par leur nature intrinsèque ou par pertubation suivant l'envergure du cylindre). Par ailleurs, à l'aide d'une projection de Galerkin dans le plan derrière l'axe du cylindre, un LODS (Low Order Dynamical System) est construit. Son analyse révèle l'existence d'une ``injection'' de fluide du côté haute vitesse de fréquence de battement faible. Enfin, une analyse de données simulées à bas nombre de Reynolds (DNS) permet de conforter les résultats expérimentaux sur la présence de comportements caractéristiques à cette configuration d'écoulement.

Le travail a pour objet l'étude numérique de l'interaction entre un écoulement et une onde acoustique dans l'eau. Lorsqu'une onde traverse une zone de vorticité de l'écoulement, elle subit une diffusion. Il est alors possible en recueillant l'onde diffusée d'obtenir des renseignements intéressants sur les écoulement insonnés. Cette méthode a ainsi été utilisée expérimentalement comme un moyen de mesure non-intrusif d'écoulements tourbillonnaires ou turbulents. On développe dans un premier temps la théorie de l'interaction entre une onde et un écoulement. On se propose pour cela de résoudre le problème de Neumann associé par une méthode intégrale pour le calcul de la pression acoustique diffusée. On compare la méthode avec celle décrite dans les travaux de Lund et Rojas qui proposent une formule analytique liant linéairement la vorticité et la pression diffusée dans l'espace de Fourier, dans le cadre de l'approximation de Born en champ lointain. Par comparaison avec les études expérimentales, on explique comment on peut retrouver les caractéristiques essentielles de l'écoulement dans le cas de l'allée de Von Karman, à l'aide d'une analogie avec les réseaux de diffraction optiques. On valide ensuite ces hypothèses avec le code de calcul développé, dans le cas d'une allée obtenue à l'aide d'un modèle analytique, ou à l'aide de codes de calcul d'écoulement fondés sur une méthode particulaire ou de volumes finis. La méthode d'analyse est ensuite appliquée au cas du tourbillon seul. On montre qu'on peut remonter à la mesure des ses caractéristiques principales: taille, intensité et vitesse. On étudie ensuite le cas du tourbillon marginal derrière un profil d'aile tridimensionnel et on s'intéresse enfin à un modèle analytique d'écoulement modélisant le sillage à l'arrière d'un sous-marin.

Nous avons considéré trois expériences mettant en jeu des interfaces déformées. Nous étudions d'abord une colonne liquide oscillant sous l'effet de la gravité. Outre le comportement original de cet oscillateur ouvert, la géométrie de l'écoulement induit une perte de charge singulière dont nous proposons une expression. Puis nous considérons l'impact de gouttes dans un trou ou sur une fibre (motifs élémentaires d'une grille) et caractérisons la vitesse de capture des gouttes en fonction des dimensions des motifs. En complément, nous décrivons l'évolution d'une goutte posée sur une fibre conique. Enfin, nous nous intéressons à l'impact d'un jet de liquide sur un bain de même nature. Nous mesurons le rayon de courbure de l'interface air-liquide à l'endroit de l'impact et montrons qu'il décroît exponentiellement avec la vitesse. À grande vitesse, l'interface ne peut supporter ce degré de confinement élevé et une fine lame d'air, dont nous mesurons l'épaisseur, est entraînée dans le bain.

Les avalanches de neige en aérosol sont des bouffées de suspensions diluées de particules, très turbulentes qui descendent, de par leur poids, sur des pentes fortement inclinées. La motivation de la présente recherche était d'une part, d'améliorer notre connaissance de l'entraînement de neige du manteau neigeux par l'avalanche et d'autre part de développer un modèle théorique amélioré de la dynamique des avalanches. Le modèle théorique présenté dans cette thèse prend en compte les effets dus à la forte différence de densité entre l'avalanche et l'extérieur et démontre l'importance de l'entraînement de neige sur la vitesse de l'avalanche. Le modèle est en accord avec des mesures récentes de la vitesse de front d'une avalanche. Les paramètres du modèle (forme et croissance des bouffées) ont été déterminés à partir des expériences d'écoulements de laboratoire (d'eau salée ou de suspensions) dans un régime proche de celui des avalanches. Une extrapolation théorique de ces paramètres (obtenus en régime de Boussinesq) aux bouffées de forte densité (avalanches) est proposée. Les expériences de laboratoire avec des bouffées entraînant des particules indiquent l'influence que l'entraînement de particules a sur la vitesse de l'avalanche. Une représentation en variables adimensionnelles des vitesses des avalanches et des bouffées de laboratoire montre clairement les ressemblances et différences entre les deux types d'écoulements.

Nous avons étudié expérimentalement des assemblées de copolymères poly(tert-butyl-styrène)/poly(styrène sulfonate) dans diverses situations aux interfaces eau-air et eau-huile. Après une brève présentation du contexte scientifique dans lequel s'inscrit notre étude, les caractéristiques des copolymères utilisés sont détaillées puis les trois situations expérimentales que nous avons abordées sont décrites: monocouches de copolymères à l'interface eau-air, monocouches à l'interface eau-huile et émulsions du système eau/huile/copolymère. Des monocouches de copolymères à l'interface eau-air sont étudiées par réflectivité de neutrons dans une cuve de Langmuir. Cela permet de déterminer avec précision le profil de densité des brosses de polyélectrolyte dans l'eau, avec ou sans sel. Des monocouches à l'interface eau-hexadécane sont étudiées par diffusion de rayons X sous incidence rasante grâce à une cuve de Langmuir que nous avons spécialement conçue pour ce type d'expériences. La rigidité de l'interface peut ainsi être estimée et des multicouches apparues lors de la compression de monocouches du copolymère le plus symétrique sont mises en évidence. Des microémulsions d'huile (cyclohexane ou toluène) dans l'eau stabilisées par les copolymères ont été formées et la structure des micelles est déterminée par diffusion de neutrons aux petits angles. Il s'agit de micelles sphériques, composées d'un cur contenant des volumes comparables d'huile et de maillons des blocs hydrophobes des copolymères, et d'une couronne de polyélectrolytes très étirés. La structure de la couronne ainsi que celle du cur ont pu être modifiées en ajoutant du sel. Une macroémulsion ayant l'aspect d'une mousse apparaît lors de la formation de la microémulsion. Elle est également très stable et sensible à la salinité de la phase aqueuse.