Le comportement hydrodynamique des procédés d'épuration à culture fixée est un facteur déterminant de leur efficacité. Ce comportement peut être étudié par la méthode de la distribution des temps de séjour (DTS) à l'aide d'un traceur, ici le lithium. La méthode est appliquée à 8 lits bactériens en grandeur réelle. Pour interpréter les DTS obtenues, un modèle simulant les échanges de traceur entre le film liquide et le film bactérien est introduit, ce qui permet d'expliquer la traînée importante observée sur les queues de courbe des DTS. Ce modèle fournit par ajustement aux courbes expérimentales un volume mobile et un volume immobile. Le premier est comparé au volume drainé par le lit, et le second pourrait être un indicateur du volume de biomasse dans le lit, paramètre-clé pour l'exploitation. Par ailleurs, il a été possible de déterminer les paramètres cinétiques caractéristiques du biofilm, dans le cas de lits bactériens à garnissage traditionnels. L'hydrodynamique de deux biofiltres de nitrification tertiaire à flux ascendant de plus de 100 m2 de surface horizontale a été explorée. Il s'agit du procédé « Biofor » à Achères et du procédé « Biostyr » à Saint Fons. Les DTS ont été déterminées à plusieurs points de la section horizontale au sein du réacteur, afin d'estimer l'homogénéité de l'écoulement. Des prélèvements ont été réalisés à la base et au sommet du lit filtrant, afin d'isoler l'influence de la zone inférieure du biofiltre, dans laquelle l'effluent est distribué, du lit filtrant seul. Dans ce dernier, les caractéristiques hydrodynamiques comme le volume actif et la dispersion ont été calculées en considérant que l'écoulement est assimilable à un piston avec dispersion axiale. Il a été conclu que les différences importantes de temps de séjour observées en différents points de la surface du biofiltre peuvent en partie être expliquées par la distribution inégale de l'effluent à la base du biofiltre. La méthode a aussi permis de détecter un colmatage temporaire du lit filtrant. Les conséquences possibles sur les performances du procédé ont été estimées à l'aide d'un modèle cinétique du processus de nitrification par le biofilm. Les résultats suggèrent que les conséquences sont limitées à l'occurrence d'une brusque et importante variation de la concentration d'entrée.

Dans ce travail de thèse, de nature théorique, nous intégrons numériquement l'équation d'Euler par des méthodes pseudo-spectrales qui conservent exactement l'énergie, ce qui permet usuellement d'étudier la dynamique des singularités complexes. L'étude de l'écoulement de Kida-Pelz nous a permis de mettre en évidence des interférences de singularités et d'étendre les méthodes d'analyse usuelles. Sorti de l'approximation d'un écoulement continu, la solution du système d'équations différentielles ordinaires tend vers un équilibre statistique, connu sous le nom d'équilibre absolu.<br /><br />Nous avons étudié la relaxation du système vers l'équilibre absolu, exhibant une séparation spontanée d'échelles due à une thermalisation progessive de l'écoulement et ayant un effet pseudo-dissipatif sur les grandes échelles. L'étude analytique et numérique des temps propres de ces équilibres conduit à les caractériser par une loi d'échelle : celle-ci permet une estimation dissipative de la séparation spontanée d'échelle apparaissant lors de la relaxation, gràce à un théorème de Fluctuation-Dissipation. Enfin, on montre que le comportement des grandes échelles est compatible avec une turbulence à la Kolmogorov.

Dans divers procédés, comme lors de l'affinage de l'acier, ou bien, dans le retraitement des déchets nucléaires, les interfaces entre deux phases liquides sont le siège de transferts de masse. Ces derniers nécessitent la mise en oeuvre de moyen de brassage pour accélérer la cinétique du transfert des polluants d'une phase vers l'autre.<br /> Cette thèse s'intéresse à l'utilisation des forces électromagnétiques pour agiter, sans contact matériel, le cœur du bain et l'interface afin de contrôler voire d'augmenter la cinétique de ces transferts. Pour cela, deux installations expérimentales complémentaires ont été utilisées :<br />La première a permis de mesurer le transfert d'Indium initialement dissous dans du mercure vers un électrolyte de couverture et le champ des vitesses dans le mercure. Les expériences réalisées ont permis, d'une part de déterminer la topologie des champs de vitesses des écoulements dans le bain de mercure, et d'autre part de compléter les lois d'évolution de la cinétique de transfert en fonction de l'intensité du champ magnétique. Cette évolution est corrélée aux comportements dynamiques de la surface du mercure.<br />La seconde installation a permis de caractériser le transfert d'un élément (Pb, Zr ou Ce) initialement contenu dans un sel fluoré vers une matrice d'antimoine contenant du lithium. Il apparaît que les cinétiques des transferts sont toutes très rapides. Le dispositif proposé est particulièrement efficace lors de transfert du Cérium (limité par l'interface) mais sans action lors de transfert de Zirconium.

Les écoulements de jet annulaire sont des écoulements majoritairement utilisés dans le domaine industriel (écoulement de « bluff body », procédés de fabrication de fibre de verre. ..) mais représentent paradoxalement une infime partie des études fondamentales des jets. Pour cette raison, nous nous sommes intéressés à la caractérisation expérimentale d'un jet annulaire d'air de rapport de diamètres r égal à 0,91 (Do=53,88 mm et Di=48,75 mm) pour trois nombres." de Reynolds compris entre 12240 et 45900. Les vitesses ont été mesurées jusqu'à 10 diamètres Do à l'aide de l'Anémométrie Doppler Laser (A.D.L.), de la Vélocimétrie par Images de Particules (P.I. V.) et du fil chaud. L'écoulement de jet annulaire possède successivement les caractéristiques d'un écoulement de sillage et d'un écoulement de jet axisymétrique. <br />Les instabilités se développant dans les couches de mélange externe et interne de la zone de recirculation ont été résolues spatialement et temporellement. L'utilisation conjointe de mesures P.I.V. décorrélées en temps de la zone de recirculation, de la P.O.D. et d'une mesure temporelle locale par A.D.L. a permis d'établir un scénario de l'évolution temporelle du sillage. <br />La zone de jet pleinement développé a également été étudiée à partir de mesures d'A.D.L. et de fil chaud. Les évolutions des grandeurs intégrales (quantité de mouvement, débit, vitesses, demi largeur du jet, nombre de Reynolds turbulent), des différentes échelles (échelles de Kolmogorov, de Taylor et intégrale) et du taux de dissipation moyen ont été mesurées sur l'axe du jet. Une comparaison des variations de ces différentes grandeurs a permis d'inclure le jet rond comme un cas asymptotique des jets annulaires.

Nous avons étudié, à l'aide de techniques optiques, plusieurs propriétés des solutions isotropes d'amphiphiles (micelles et microémulsions). Dans une première partie, nous avons utilisé ces systèmes en tant que systèmes colloïdaux modèles afin d'étudier les variations du coefficient d'auto-diffusion de particules en interaction avec la concentration de particules et les interactions ; cette étude a été réalisée à l'aide d'un montage de Recouvrement de Fluorescence Après Photoblanchîment que nous avons réalisé. En utilisant des solutions micellaires, nous avons ainsi pu montrer que le coefficient d'auto-diffusion de particules en interaction dépend peu de ces interactions (contrairement au coefficient de diffusion collective mesurée par Diffusion Quasi-élastique de la Lumière) et que les coefficients de friction associés à ces deux coefficients de diffusion étaient différents. Dans le cas des microémulsions, nous avons mis en évidence l'effet des phénomènes d'agrégation réversible (responsables des phénomènes de percolation électrique) sur les mécanismes d'auto-diffusion. Dans une seconde partie, nous avons utilisé les techniques expérimentales utilisées dans le cadre du travail décrit ci-dessus en vue d'étudier la structure de microémulsion en présence de protéines solubilisées. En particulier, nous avons pu déterminer les rayons des gouttelettes de microémulsion ayant solubilisé une protéine dans les deux cas extrêmes où le volume du coeur acqueux est supérieur ou inférieur au volume de la protéine. Enfin, nous avons étudié les propriétés interfaciales des mélanges polyphasiques eau-huile-amphiphiles ; nous avons ainsi pu mettre en évidence le rôle primordial du film interfacial dans l'obtention de basses tensions interfaciales.

Le sujet de cette thèse est la modélisation de la combustion turbulente en milieu diphasique telle qu'elle a lieu par exemple dans les moteurs Diesel. Certaines expériences notamment celles présentées dans cette thèse suggèrent que quand le combustible nécessaire à la combustion est sous forme d'un nuage de gouttes, les fluctuations en particulier de richesse dans le milieu gazeux sont plus fortes. Cela doit être pris en compte dans la modélisation et pourrait être dû à la présence des gouttes. Celles-ci en s'évaporant, jouent le rôle de sources de combustible ponctuelles, aléatoirement réparties dans l'espace, ce qui crée plus de fluctuations à l'échelle de l'espace intergoutte. Ces fluctuations supplémentaires sont prises en compte ici par un groupe de termes lié à l'évaporation, dans l'équation de la variance de la variable de mélange, qui sont fermés en considérant les équations locales d'un milieu diphasique. L'importance d'une nouvelle variable décrivant l'état du mélange à la surface des gouttes au moment de l'évaporation d'une particule fluide a été montrée. Une équation fermée a été écrite pour cette variable. Ces deux nouvelles caractéristiques permettent de mieux décrire l'état du mélange. Pour représenter la combustion nous avons d'abord utilisé un modèle qui suppose que la chimie est infiniment rapide. L'état du milieu thermochimique est alors complètement dépendant de l'évaporation et du mélange sans influence de la cinétique chimique. Le modèle MIL de Gonzalez et Borghi est ensuite utilisé pour prendre en compte certains effets chimiques. Il suppose que la chimie est infiniment brusque, c'est-à-dire à température d'activation très élevée. Ces deux modèles ont été testés pour deux configurations expérimentales, une flamme de type jet et une bombe simulant la combustion dans les moteurs Diesel. Les taux de fluctuation trouvés lors de ces simulations sont assez élevés et mettent en avant la nécessité de bien estimer la dissipation des fluctuations scalaires. Les résultats trouvées en utilisant ces modèles sont comparables à ceux mesurés, notamment dans le cas de la bombe de type Diesel, le modèle MIL permet de retrouver un temps d'auto-allumage et une longueur de la flamme réaliste.

L'influence de la variation de masse volumique pour le développement des instabilités primaires d'un jet plan est étudiée par simulation numérique directe des équations deNavier-Stokes incompressibles. Chaque méthode numérique retenue ainsi que la construction du programme sont détaillées pas à pas en insistant particulièrement sur le choix desconditions aux limites. La méthode est validée par une étude linéaire qui présente des résultats pour une large gamme de valeurs du rapport de densité. À partir de ce code nonlinéaire, on étudie la transition convective/absolue subie par le mode variqueux lorsque lerapport de densité diminue pour di_érents profils dont le Bickley et le presque top-hat. Une remise en cause du critère de stabilité marginale est proposée. En outre, l'observation inattendue de modes globaux amortis pour les rapports de densité voisins de 1 dans le cas d'un profil presque top-hat nous conduit à proposer une hypothèse en étudiant l'équationanalytique implicite qui définit la relation de dispersion du mode variqueux pour un profiltop-hat. Une courte étude expérimentale dans laquelle on présente les différentes techniques employées, ainsi que les premières mesures de vitesse et de densité, complète ce travail, endonnant des informations sur les fréquences caractéristiques.

Les dunes de sable dans le désert ou les rides sur les plage sont issues de problématiques d'interaction entre un écoulement (d'eau et/ou de vent) et un tas de sable. Sous l'hypothèse que les perturbations dues à l'hydrodynamique de l'interaction restent confinées dans une fine couche visqueuse près du fond de l'écoulement, nous obtenons des résultats analytiques et numériques de la stabilité des rides sur un fond érodable à long terme. Ces résultats sont comparés favorablement à certaines études expérimentales. Dans le cas d'un tas de sable posé sur un fond non érodable, nous montrons qu'avec la seule longueur de saturation ou le seuil de mise en mouvement des grains, il est possible de relier des configurations finales de dunes de tailles différentes, sous des cisaillements différents, à partir de transformations auto-similaires.

Ce travail a pour objectif d'étudier l'influence des propriétés de surface sur la nanohydrodynamique de liquides simples au voisinage de parois solides.<br />Dans une première partie, nous avons développé une nouvelle méthode pour la détermination de la condition limite hydrodynamique (CLH) fondée sur la mesure, par spectroscopie de corrélation de fluorescence, du mouvement thermique de colloïdes confinés. Nous montrons que, sur des surfaces lisses, la CLH est influencée par les propriétés de mouillage de la paroi : tandis que l'hypothèse de non-glissement est respectée sur les parois mouillantes, nous observons un glissement nanométrique du liquide sur les parois non-mouillantes.<br />Dans une deuxième partie, nous avons exploré, à l'aide de simulations de dynamique moléculaire, les conséquences de ces modifications sur la dynamique des systèmes chargés. Sur des parois non-mouillantes, nous mettons en évidence la possibilité d'une forte amplification des différents effets électrocinétiques.

Les fluctuations dominantes du vent au-dessus des couverts végétaux sont régies par une instabilité de type couche de mélange (ou Kelvin-Helmholtz), liée à l'inflexion du profil devent moyen au niveau du sommet du couvert. La thèse porte sur l'analyse du couplage<br />entre la dynamique du vent et l'ondulation des cultures sous le vent.<br /><br />Une technique expérimentale innovante a été développée pour mesurer, sur site et de manière non-intrusive, le mouvement global d'une culture. Le mouvement d'un champ de blé ou de luzerne est filmé en présence de vent. Puis, par une analyse de corrélation entre images, fondée sur des algorithmes de PIV (Particle Image Velocimetry), on en déduit le champ de vitesse bi-dimensionnel spatio-temporel de la surface du couvert végétal. La partie cohérente du mouvement est ensuite extraite à l'aide d'une décomposition bi-orthogonale du champ de vitesse. On montre que les propriétés spatiales et temporelles correspondantes ne peuvent s'expliquer à l'aide du modèle de la couche de mélange du vent, qui constitue l'approche la plus courante dans ce contexte. En particulier, on démontre le rôle de la dynamique des plantes, à travers leur fréquence propre, dans la sélection de fréquence et de longueur d'onde du mouvement cohérent du couvert végétal.<br /><br />Un modèle couplé, dans lequel les fluctuations du vent et le mouvement du couvert végétal interagissent à travers un terme de traînée est ensuite proposé. Une analyse de stabilité linéaire permet de mettre en évidence un mécanisme d'accrochage, par lequel la fréquence de l'instabilité dévie de la loi de Kelvin-Helmholtz et s'accroche sur la fréquence propre des plantes. Ce résultat est ensuite comparé avec les donnnées expérimentales des mesures sur site, et un bon accord qualitatif et quantitatif est obtenu avec le comportement des longueurs d'onde et fréquences de l'ondulation des cultures.