Une bulle de gaz dans un liquide est un acteur acoustique important. Par exemple, les bulles d'air créées par les remous d'une rivière sont responsables du bruit caractéristique de ces écoulements. En 1933, Minnaert a proposé un modèle d'oscillateur harmonique simple pour décrire les oscillations d'une bulle d'air dans l'eau. La première partie de cette thèse est dédiée à l'étude de cet oscillateur particulier, qui peut être vu comme une masse d'eau accrochée à un ressort d'air, et au couplage entre plusieurs de ces oscillateurs. Nous présentons un dispositif expérimental original qui permet de piéger une ou plusieurs bulles d'air, à l'aide d'un filet, afin d'étudier la réponse de ce système à une excitation acoustique. L'originalité de notre approche théorique consiste à traiter le nuage de N bulles comme un système d'oscillateurs couplés à N degrés de liberté, ce qui revient à négliger les degrés de liberté associés à la compressibilité de l'eau. Ce modèle rend bien compte des principales observations : l'existence de pics de résonance à basse fréquence et d'une forte atténuation à plus haute fréquence. Le prolongement du modèle au cas de la propagation dans un milieu infini est également présenté. Dans la seconde partie, l'étude de l'excitation paramétrique d'une bulle est abordée. Nous développons un formalisme original, fondé sur les variables de Glauber, propice à l'étude des non-linéarités d'un oscillateur. Une parenthèse sur un système modèle (deux pendules couplés) permet de valider expérimentalement ce formalisme. Nous montrons finalement que l'excitation paramétrique d'une bulle permet de réaliser une conjugaison de phase. Ce mécanisme pourrait être mis à profit pour réaliser des échos de bulles, de façon analogue aux échos de spins utilisés en IRM.

Les écoulements internes et le mélange prenant place pendant la phase de compression d'un cylindre moteur constituent des facteurs clés en vue de l'optimisation du moteur ainsi que des émission polluantes. Le cadre contractuel de ce travail est un projet collaboratif mettant en oeuvre les constructeurs automobiles (PSA, Renault) le CNRS ainsi que l'ADEME. Une installation expérimentale existante a été exploitée. Nous avons apporté des modification permettant de réaliser une injection directe au sein de la chambre. Nous avons pu rassembler une base de donnée importante et fiable. Des techniques d'imagerie laser ont été utilisées. Cette étude servira à répondre à mieux connaître la capacité de cette interactions à altérer les propriétés de transport et de non dissipativité de la structure tourbillonnaire à grande échelle attendue pour réaliser une stratification de la charge. Nous nous intéressons ici à l'interaction entre un spray et l'aérodynamique dans une situation modèle d'un moteur à pistons. Ainsi un jet rond monophasique modèle à été a été mis en place afin de respecter une analyse dans dimension permettant d'être représentatif de la situation réelle. Deux directions d'injections ont été testées afin d'étudier l'influence du jet sur l'écoulement Des mesures ont donc été effectuées pour mesurer les champs de vitesse (PIV) ainsi que les champs de fraction massique (PLIF) dans le plan de symétrie de la chambre. Afin de réaliser des mesures quantitatives de fluorescence, il était nécessaire de réaliser un étalonnage afin de connaître le coefficient d'absorption ainsi que le rendement de fluorescence du dopant utilisé (en l'occurrence de l'acétone). Ces mesures permettent une meilleure compréhension des phénomènes de transfert d'énergie entre le jet d'injection et la structure tourbillonnaire à grande échelle ainsi que de la modification du processus de rupture de cette dernière par l'injection. L'énergie moyenne est transférée vers les petites échelles durant un temps très cours. Puis il apparaît que la perturbation de la structure cohérente à grande échelle par l'injection provoque très tôt dans le cycle le processus de dissipation. Ainsi, le temps de dissipation est plus long entraînant un niveau d'énergie fluctuante en fin de compression après injection beaucoup plus faible que dans la situation de compression du vortex seul. Cette donnée est importante en ce qui concerne la combustion. Enfin, nous avons proposé l'utilisation de la Décomposition Orthogonale en modes Propres (POD) avec une approche globale sur la phase de compression ceci afin de disposer d'une base commune à l'ensemble des champs instantanés de cette phase. Une interpolation des champs est donc nécessaire pour unifier en taille tous les champs utilisés dans la décomposition. Le schéma linéaire apparaît comme celui permettant de minimiser les pertes d'énergie par l'interpolation. Cette analyse POD confirme les conclusions apportée auparavant en ce qui concerne les transferts d'énergie entre échelles et apparaît comme un outil efficace et prometteur dans l'étude des phénomènes transitoires comme celui ci.

L'étude expérimentale présentée dans ce mémoire a pour but d'améliorer la compréhension des processus d'atomisation du jet Diesel à haute pression d'injection (jusqu'à 100 MPa), en injection directe. En effet, la structure réelle du jet Diesel ainsi que les processus qui conduisent à son atomisation ne sont pas encore réellement connus. La variété des modèles rencontrés dans la littérature témoigne de cet état de fait. Cette méconnaissance résulte de la difficulté à diagnostiquer le jet Diesel, qui est particulièrement dense optiquement et dont les échelles caractéristiques de temps (»1 ms) et d'espace (»100 µm) sont réduites. Dans le cadre de ce travail de thèse, de nouveaux diagnostics basés sur le traitement d'images ont été développés pour analyser les phénomènes se produisant en champ proche (premiers millimètres du jet) et en champ lointain (spray formé au loin de l'injecteur). L'utilisation de différentes configurations tomographiques en imagerie défocalisée, couplées à un dispositif d'imagerie par transmission, permet d'observer, en champ proche, des poches cylindriques de cavitation réparties à proximité de l'interface. Un nouveau modèle de la structure interne du jet Diesel est ainsi proposé. Une analyse entropique reposant sur une série d'images sur lesquelles trois états physiques sont distingués (jet dense, phase liquide dispersée et phase gazeuse) permet la description de l'évolution d'une « surface d'atomisation primaire » le long du jet Diesel. Une analyse morphologique statistique de l'interface du jet permet une description du détachement ligamentaire du jet dense, en fonction du temps et de la pression d'injection. Un granulomètre a également été développé et appliqué à l'analyse du champ lointain. Ce granulomètre prend en compte les phénomènes de défaut de mise au point pour localiser spatialement les gouttes. Il autorise également une caractérisation morphologique des gouttes. L'application de ces diagnostics montre une diminution radiale des diamètres caractéristiques du spray présentant, par ailleurs, une faible dépendance à la pression d'injection et à l'instant de l'analyse, pendant la phase stationnaire de l'injection. En revanche, on observe une variation du comportement morphologique des gouttes dans le temps et avec la pression d'injection.

Ce manuscrit de thèse présente un ensemble de travaux à la fois théoriques et expérimentaux portant sur le drainage d'une mousse aqueuse. Deux dispositifs expérimentaux permettant l'étude du drainage d'une mousse ont été réalisés ; le premier basé sur la mesure de la répartition du liquide par mesure de la conductivité, et le second basé sur la mesure de la répartition du liquide par diffusion multiple de la lumière. Ces deux dispositifs nous ont permis de mettre en évidence l'effet de la physicochimie sur le drainage de la mousse, et ainsi de réconcilier de façon qualitative les deux modèles théoriques du drainage existants. Cet effet de la physicochimie est expliqué par l'influence de la viscoélasticité de surface sur le drainage. De plus, ces expériences ont montré que la taille des bulles avait également une influence sur le régime de drainage. Ce résultat peut être compris en termes de compétition entre la dissipation de surface et la dissipation de volume. Des mesures de la tension dynamique de surface ont également été effectuées avec la technique de la goutte pendante. Nous prouvons ainsi que la surface reste localement en équilibre thermodynamique avec le volume. Sur le plan théorique, un nouveau modèle du drainage tenant compte explicitement des paramètres viscoélastiques de surface et de la taille des bulles est proposé. La dépendance du drainage avec ces paramètres est qualitativement en accord avec les résultats expérimentaux obtenus. Enfin, une étude de l'influence du désordre a été entreprise en calculant la conductivité effective de mousses périodiques vérifiant les lois de Plateau. La conclusion de cette étude est que les lois régissant la structure locale de la mousse imposent d'elles-mêmes une distribution uniforme de l'orientation des bords de Plateau dans celle-ci.

La thèse porte sur l'étude de l'instabilité dynamo et est composée de trois parties. La première est une étude du problème d'instabilité linéaire et de l'effet de la turbulence sur le seuil d'instabilité. La turbulence agit comme un bruit multiplicatif sur le champ magnétique et d'autres instabilités entrant dans ce cadre ont été étudiées expérimentalement et analytiquement. La seconde partie traite du problème de saturation du champ magnétique. Dans un cas particulier, une équation d'amplitude pour le mode instable est déterminée près du seuil d'instabilité. Le résultat est alors généralisé à d'autres exemples d'écoulements et diverses lois d'échelle pour l'énergie à saturation sont déterminées. La troisième partie présente l'étude expérimentale d'un écoulement tourbillonnaire de sodium liquide réalisé dans l'expérience VKS (von Karman Sodium). La mesure du champ magnétique dans un écoulement soumis à un champ extérieur permet de mettre en évidence les divers mécanismes d'amplification du champ.

Ce travail porte sur l'tude de l'coulement d'une phase lamellaire lyotrope et plus particulirement d'une transition de texture induite par le cisaillement. Au voisinage de cette transition, des comportements dynamiques sont observs : une contrainte fixe, la structure du fluide ainsi que le taux de cisaillement oscillent en phase sur des priodes de temps extrmement longues (environ 10 minutes). Ces comportements temporels appels "rhochaos" ont t analyss l'aide de la thorie des systmes dynamiques. Cette tude montre que les phnomnes observs ne correspondent pas du chaos dterministe de basse dimensionnalit. Ce rsultat est ensuite confirm par l'tude locale de l'coulement au voisinage de la transition l'aide d'une technique de vlocimtrie locale : la diffusion dynamique de la lumire en gomtrie htrodyne. Nous montrons alors que les dynamiques temporelles du taux de cisaillement rsultent d'une structuration spatio-temporelle de l'coulement.

Une étude de la structure d'interfaces liquide-vapeur est présentée dans cette thèse. Les surfaces étudiées sont étroitement liées, afin de pouvoir déterminer l'influence des différents types d'interactions moléculaires, et de cerner les mécanismes responsables des propriétés physiques de ces surfaces. La diffusion diffuse de rayons x a permis de mesurer, pour différents liquides, le spectre des fluctuations de hauteur d'une surface nue. Ces mesures ne concordent plus avec le modèle des ondes capillaires pour des vecteurs d'onde supérieurs à 108 m-1 : la notion de tension de surface n'est plus valable à ces échelles et doit être remplacée par une énergie de surface effective. Il est montré que cette dernière décroît lorsque la longueur d'onde associée à la fluctuation est de l'ordre de quelques dizaines de distances moléculaires. Elle augmente pour les plus petites longueurs d'onde envisageables. L'accord remarquable avec la théorie proposée par K. Mecke et S. Dietrich. Ces mesures ont été étendues au cas d'interfaces décorées par un film moléculaire : l'énergie de surface effective est alors correctement décrite par une rigidité de courbure seule, qui est mesurée pour des films dans différentes phases. En particulier, l'effet de la renormalisation de la rigidité de courbure par l'élasticité lorsque le film s'apparente à un réseau bidimensionnel connecté a été mis en évidence. En complément de mesures de fluctuations de surfaces de solutions ioniques, nous avons montré que l'excès de concentration en ions au voisinage de la surface peut être mesuré par des expériences de fluorescence de rayons x et d'ellipsométrie. Cette mesure est essentielle pour comprendre les origines de la variation de la tension de surface, et plus généralement pour expliquer la spécificité des ions de la série de Hofmeister.

Nous montrons comment réaliser des « gouttes enrobées », qui sont des gouttes de liquide recouvertes d'une poudre hydrophobe qui se fixe à leur surface. Le liquide est ainsi isolé totalement du substrat solide ce qui conduit à du non-mouillage parfait. Nous avons étudié les lois de « contact » entre ces billes molles et leur substrat (les petites gouttes sont presque parfaitement sphériques), et nous avons décrit les processus de dissipation associés aux mouvements. Par exemple, déposées sur un plan faiblement incliné, les petites gouttes visqueuses dévalent plus vite que les grosses ce qui montre une loi de dissipation inhabituelle. À grande vitesse, les gouttes adoptent des formes remarquables (formes à 2 lobes, disques, formes biconcaves, roues), qui correspondent à l'équilibre entre la force centrifuge et le rappel capillaire. Nous avons étudié les transformations intervenant entre ces différentes configurations. Nous avons aussi étudié la robustesse de ces objets en observant par exemple leurs propriétés de rebond. Dans la continuité de ces résultats, nous avons créé (à l'échelle du laboratoire) des tectites artificielles (pierres résultant de l'impact de météorites sur la Terre). Nous utilisons de l'étain fondu pour reproduire un fluide en rotation qui se solidifie. Nous nous sommes enfin intéressés à un autre cas de « non-mouillage » qui consiste à placer une bulle d'air dans un liquide visqueux sous un plan légèrement incliné, totalement mouillé par le liquide. Nous avons ainsi montré que pour les grosses bulles la dissipation visqueuse intervient principalement dans une zone appelée « ménisque dynamique », ce qui fixe la vitesse de remontée de ces bulles.

Cette etude concerne la determination analytique de l'evolution spatio-temporelle des modes lineaires d'instabilite thermo-convective dans une couche de fluide horizontale chauffee par le bas (systeme de Rayleigh--Benard) et soumise a un gradient de pression (ecoulement de Poiseuille). L'originalite reside dans l'inhomogeneite de la temperature de la plaque inferieure presentant une bosse bidimensionnelle. Cette inhomogeneite et le flux moyen de l'ecoulement de Rayleigh--Benard--Poiseuille ainsi obtenu rompent les symetries du probleme de convection pure et amene a considerer des modes spatialement localises d'instabilite en rouleaux. Un mode synchronise se developpant sur une telle configuration est appele mode global. L'echelle spatiale caracteristique des variations de la bosse de temperature etant supposee grande devant celle de la longueur d'onde des rouleaux, les modes globaux sont cherches sous la forme de modes propres dans la direction de confinement, modules par un developpement WKBJ bidimensionnel dans les directions horizontales lentement variables. Un tel developpement ne peut etre valable aux points ou la vitesse de groupe de l'instabilite s'annule, ou points tournants. Au voisinage d'un tel point situe au sommet de la bosse de temperature, le caractere borne de la solution, cherchee sous la forme d'un developpement intermediaire, impose un critere de selection donnant taux de croissance (ou de facon equivalente seuil critique), frequence et vecteur d'onde du mode global. Cette etude generalise a des cas bidimensionnels les methodes utilisees et les resultats obtenus pour des inhomogeneites unidimensionnelles.Une telle approche est d'abord appliquee a une equation dynamique simplifiee obtenue par le formalisme d'enveloppe. Les resultats analytiques sont compares a des simulations numeriques de cette equation. Puis ces modes globaux sont determines pour un ecoulement decrit par les equations de Navier--Stokes dans l'approximation de Boussinesq.

L' écoulement d'un fluide sur une surface inclinée en conditions de mouillage partiel existe dans de nombreuses situations de la vie courante et dans des applications industrielles variées. A faible débit, des zones sèches stationnaires peuvent exister au sein d'un film en ruissellement, qui compromettent le fonctionnement de certains échangeurs de chaleur. Nous avons entrepris une etude expérimentale systématique de l' écoulement d'un film d'huile silicone sur un plan incliné convenablement traité pour obtenir un angle de contact statique fini. Nous montrons que des zones sèches stationnaires de forme bien définie et reproductible existent dans une certaine gamme de débit, et qu'elles sont supprimées au dessus d'un débit critique. Nous proposons une modélisation de ces phénomènes basés sur de subtils équilibres entre les effets de la gravité, de la viscosité et de la capillarité rendant compte des observations dans une large gamme de paramètres. Au premier ordre l' équilibre du bourrelet liquide délimitant une zone sèche résulte d'une compensation de son poids par les effets capillaires, et pour les forts angles de contact et des inclinaisons faibles du plan de l'écoulement, des effets secondaires liés à la courbure de la ligne de contact et à la pression hydrostatique dans le film jouent un rôle non négligeable et déterminent la stabilité du système. Nous avons également abordé le ruissellement de gouttes sur un plan incliné, pour lequel nous mettons en évidence l'existence de régimes d'écoulement variés. Suivant leur vitesse, les gouttes peuvent être ovales, pointues ou perlantes. Une interpr etation de l'existence du régime de gouttes pointues basée sur un modèle d'angle de contact dynamique est proposée. Enfin, nous présentons quelques résultats qualitatifs sur l'écoulement d'eau dans un faisceau de tubes tel qu'on en rencontre dans certains échangeurs de chaleur.