La plupart des côtes de la Terre reculent et 80% sont rocheuses. La prévision du recul des falaises littorales est primordiale afin d'anticiper les risques futurs pour les aménagements littoraux. Cependant, la compréhension de ce recul est difficile car de nombreux paramètres le contrôlent. Des expériences en canal à houle de petite échelle ont été effectuées où nous avons mis en place un massif de sable humide soumis à l'attaque des vagues par sapement. Le but est de comprendre comment l'effet des vagues contrôle l'érosion des falaises. La technique de mesure par ombroscopie a été employée et nous a permis de détecter la surface du sable et la surface libre en fonction du temps. Nous avons ainsi analysé l'influence du forçage des vagues (F, ξ) (où F est le flux d'énergie des vagues incidentes au large et ξ est le paramètre de similitude de "surf") sur la vitesse de recul de la falaise et sur la profondeur des évènements d'effondrement. La vitesse de recul de la falaise augmente linéairement avec le flux d'énergie F. Les débris de falaise érodés changent la morphologie du fond, les types de morphologie du fond dépendent fortement du paramètre de similitude de "surf" au déferlement, ou encore du paramètre de Dean Ω. Des profils du fond instationnaires présentant une oscillation auto-entretenue de la barre sédimentaire ont été observés. Nous avons de plus étudié l'effet de la granulométrie du sable utilisé : pour un sable plus fin, la falaise est plus cohésive et s'effondre au cours d'évènements de plus grande ampleur. Etonnamment, le recul de la falaise est plus important pour du sable fin. Ceci est probablement dû à une modification de la morphologie du fond conduisant à une dissipation de l'énergie des vagues moins importante. Le volume de sable injecté dans le système a finalement été quantifié, la barre sédimentaire a d'abord été prélevée périodiquement et il a été observé que la vitesse de recul de la falaise vr est constante. Puis, la hauteur de falaise a été modifiée, le recul des falaises est plus important pour des petites falaises. Il semblerait que l'instationnarité d'un profil du fond se déclenche à partir d'un volume seuil de sable érodé.

La politique européenne recommande aux industriels de l'aéronautique de concevoir des aéronefs capables de proposer une réduction de 50% du bruit perçu, de 50% de la consommation et de 80% des émissions de gaz NOx d'ici 2020. Les ingénieurs sont donc amenés à envisager des solutions innovantes basées sur le contrôle des écoulements, en particulier celui des décollements puisqu'ils ont généralement des effets délétères sur les performances aérodynamiques. Les travaux présentés dans ce mémoire sont dédiés au contrôle en boucle fermée du décollement d'une rampe arrondie par un jet synthétique réglable en fréquence et en amplitude. Le mémoire s'articule autour de deux axes principaux. Le premier axe a permis d'étudier la réponse du décollement à une perturbation périodique par simulations numériques de type LES afin de poursuivre la compréhension de la phy- sique impliquée dans le contrôle et de définir des objectifs de contrôle. Les fréquences et amplitudes optimales au regard de différents critères ont ainsi été identifiées et analysées. Le second axe a été consacré au contrôle en boucle fermée de la réponse quasi-statique du système par l'application de stratégies de régulations PID, extremums-seekings optimisés et logique floue. Leur conception a nécessité l'identification d'un modèle boîte-noire non-linéaire NARX. Les algorithmes non-linéaires, en particulier celui par logique floue, se sont montrés particulièrement performants. La démarche a été validée grâce à une application en temps réel d'une régulation extremum-seeking sur simulation RANS instationnaire.

L'instabilité elliptique peut apparaître dès qu'un écoulement présente des lignes de courant elliptiques. Sa prise en compte en géo- et astrophysique pose de nombreuses questions qui constituent la motivation principale de ce travail théorique, numérique et expérimental. Après une introduction aux écoulements tournants, le chapitre 1 présente les trois forçages mécaniques qui seront considérés dans ce travail: les marées, la précession et la libration. Le chapitre 2 présente les premières simulations de l'instabilité en géométrie ellipsoïdale, qui nous permettent d'obtenir des lois d'échelles la caractérisant. La section 2.4 montre que la présence simultanée de marées et de libration est susceptible d'exciter une instabilité elliptique au sein des astres synchronisés. La section 2.5 développe et valide une théorie analytique sur l'interaction des marées et de la précession. La section 2.6 démontre que l'instabilité elliptique peut se développer à partir d'écoulements convectifs ou stratifiés. Le chapitre 3 s'intéresse à la magnétohydrodynamique (MHD) de l'instabilité. De nouveaux résultats sur l'aspect inductif de l'instabilité sont obtenus et validés numériquement. Une partie expérimentale liée à ce travail est ensuite décrite, basée sur un dispositif MHD. Après une étude de l'instabilité sous champ, le dispositif est modifié afin de mettre en place une dynamo synthétique. Le chapitre 4 étudie la présence de l'instabilité elliptique au sein de planètes, lunes et étoiles connues. Le cas particulier de la Lune est d'abord considéré et un scénario, basé sur l'instabilité elliptique, est proposé puis évalué pour expliquer la dynamo lunaire primitive. Les astres telluriques sont ensuite considérés dans un cadre plus général, et une étude de stabilité adaptée montre que l'instabilité est possible sur la Terre primitive, Europe et trois exoplanètes (55CnCe, CoRoT-7b et GJ1214b). Enfin, la possible existence de l'instabilité au sein de certains systèmes extra-solaires est considérée.

Ce travail présente quelques aspects de la théorie et de l'approximation numérique des écoulements multiphasiques compressibles.

L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL DE THESE EST DE METTRE EN EVIDENCE LE ROLE DU TRANSFERT THERMIQUE DANS LA PAROI CHAUFFANTE LORS DE L'EBULLITION D'UN LIQUIDE STAGNANT A LA SATURATION. CET EFFET, HABITUELLEMENT NEGLIGE DANS LES MODELES D'EBULLITION, PEUT EXPLIQUER CERTAINES CARACTERISTIQUES DU CYCLE D'EBULLITION ET DE L'ACTIVITE DES SITES DE NUCLEATION. IL A ETE MONTRE QUE LE CYCLE D'EBULLITION PEUT ETRE DECRIT PAR DEUX PHASES: (1) LORS DE LA CROISSANCE DE LA BULLE, LA TEMPERATURE DE LA PAROI DIMINUE GLOBALEMENT PAR EVAPORATION DE LA MICROCOUCHE A LA BASE DE LA BULLE; (2) LA SURCHAUFFE INITIALE EST RETABLIE PRINCIPALEMENT PAR CONDUCTION RADIALE DE LA CHALEUR DANS LA PAROI. ON PEUT ALORS DONNER UNE EXPLICATION DE L'EVOLUTION DE LA TEMPERATURE DE LA PAROI MIS EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT A L'AIDE DE CRISTAUX LIQUIDES THERMOCHROMIQUES ET DE L'INFLUENCE DE L'ANGLE DE CONTACT SUR LES ECHANGES THERMIQUES.

Ce travail porte sur le développement d'un code numérique tridimensionnel pour la simulation d'entrées en tunnels de trains à grande vitesse en vue de proposer des solutions afin de réduire les nuisances occasionnées. L'écoulement de l'air est modélisé par les équations d'Euler instationnaires. Ces équations sont discrétisées à l'aide d'une formulation en volumes finis et résolues grâce à un schéma solveur de Riemann approché, d'ordre supérieur, particulièrement adapté à la propagation d'ondes. Pour gérer le mouvement relatif du train par rapport au tunnel, une méthode de maillage glissant est utilisée avec un traitement conservatif des faces aux niveaux des jonctions de maillages. Le domaine est ainsi décomposé en plusieurs sous-domaines, maillés indépendamment avec un mailleur cartésien automatique basé sur un maillage surfacique triangulaire. Pour réduire le domaine, et donc le temps de calcul, et accélérer la stabilisation de l'écoulement avant l'entrée du train, des conditions aux limites non réflectives sont implémentées. La méthodologie est validée sur plusieurs cas tests. Une étude paramétrique de l'influence d'un auvent à l'entrée du tunnel sur le gradient de l'onde de compression pression initiale est effectuée. Les paramètres de cette étude sont la forme, la longueur et la section de l'auvent. Enfin, l'effet d'ouvertures dans l'auvent est simulé.

Mes différentes activités de recherche qui s'insèrent dans une problématique axée autour du transport multi-échelle en milieu poreux sont détaillées ici au travers de 3 volets: (1) Influence des hétérogénéités sur les processus de transfert (2) Prise en compte des effets de couplage en transport réactif (3) Impact des processus biologiques sur l'hydrodynamique et le transport Un survol des défis qui restent à surmonter et des perspectives à venir de ce travail de recherche concluent le document.

Dans cette thèse, nous étudions à l'aide de plusieurs expériences la dynamique de gouttes non-mouillantes dans des situations où la gravité n'intervient pas, mais où d'autres forces, moins communes, sont à l'oeuvre. La première partie porte sur l'étude de gouttes d'oxygène liquide qui, en plus d'être en caléfaction sur un support à température ambiante, ont la particularité d'être susceptibles à la présence d'un champ magnétique. Nous étudions la force magnétique exercée sur ces gouttes ultra-mobiles et nous montrons qu'elles peuvent être déviées, ralenties, déformées, capturées et même parfois accélérées à l'aide d'un aimant. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié une situation inverse, où nous avons cherché à mettre en mouvement une goutte non-mouillante initialement au repos. La goutte est cette fois faite d'huile se trouvant dans un tube capillaire rempli d'eau, et nous avons montré qu'un gradient de concentration en tensioactif provoque un mouvement spontané et permet à la goutte d'huile de s'échapper du tube. Cette expérience réalise ainsi une situation modèle de détergence. Une dynamique très particulière est mise en évidence à temps long : le mouvement est continu ou intermittent selon les paramètres de l'expérience.

Lors du fonctionnement d'un rotor éolien, chaque pale émet une nappe tourbillonnaire à partir du bord de fuite suivant son envergure et un tourbillon marginal d'extrémité de pale. Ainsi, ces structures tourbillonnaires se développent en aval du rotor et peuvent impacter les éoliennes voisines. Cette thèse présente deux approches expérimentale et numérique pour l'étude de ces structures. L'approche expérimentale a consisté à explorer le sillage d'un rotor tripale dans la soufflerie d'Arts et Métiers ParisTech à l'aide de la technique PIV. Ces explorations ont permis d'obtenir le champ de vitesse dans plusieurs plans azimutaux. Une nouvelle méthode basée sur le calcul de la circulation a été proposée afin de localiser les centres tourbillonnaires dans les plans explorés et de calculer leur intensité. Dans l'approche numérique, une méthode de couplage entre la simulation numérique Navier-Stokes et un modèle tourbillonnaire du sillage est proposée. Elle permet de restreindre le domaine de calcul au voisinage du rotor grâce à la possibilité de définir les conditions aux limites par le modèle tourbillonnaire. Une étude de sensibilité a permis de déterminer le nombre de pas nécessaire dans le modèle tourbillonnaire pour atteindre la précision souhaitée. Ainsi, la possibilité offerte par cette méthode de restreindre le domaine de calcul permet de construire un maillage plus fin autour des profils et de consacrer toute la capacité de calcul disponible pour révéler la genèse du sillage avec une haute résolution. Ce modèle couplé permet aussi d'étudier l'impact des caractéristiques de pale sur la formation du sillage et d'améliorer la conception et l'optimisation des rotors éoliens.

Ce manuscrit porte conjointement sur la dynamique des filaments élastiques et visqueux. Leur dynamique est décrite par les équations de Kirchhoff qui sont très largement discutées dans le manuscrit. La description Lagrandienne des filaments visqueux a conduit au code numérique pour leur simulation : Discrete Viscous Rods . Il est validé par l'exemple des enroulements de filaments visqueux similaires à ce qu'on voit en faisant chuter du miel sur une tartine. Nous en étudions ensuite une variante : la machine à coudre fluide. Le filament s'écoule alors sur un tapis roulant dont la vitesse est contrôlée et forme une myriade de motifs complexes ressemblant à ceux d'une véritable machine à coudre. Nous en produisons un diagramme de phase numérique et les décrivons dans un formalisme cinématique unifié. La cinématique de leur contact avec le tapis est d'ailleurs à l'origine de leur formation. Le filament compose avec des fractions exactes de sa fréquence propre pour s'adapter à la vitesse prescrite par le tapis roulant. Les motifs sont une trace de cette adaptation. Ensuite, nous étudions un exemple élastique de dynamique filamentaire : le repliement d'un ressort à courbure constante initialement déposé à plat sur une surface, maintenu par une extrémité, l'autre étant libérée à t = 0. L'énergie élastique de flexion est convertie à mesure que le ressort décolle du support. Son enroulement est inertiel et est formé d'une zone de rayon deux fois supérieur à celui du ressort repos. L'enroulement a une forme autosimilaire, et avance à vitesse constante. On finit par l'étude de la dynamique du lasso dont la dynamique est étudiée avec un modèle minimal de chaîne et d'un noeud coulant.