Ce travail de thèse concerne l’étude du processus d’instabilité modulationnelle (MI) dans des fibres optiques présentant un profil de dispersion périodique. La MI est un phénomène bien connu mais la majorité des études réalisées dans le contexte des fibres optiques concerne le cas de dispersion uniforme axialement. L’objectif de ces travaux est de démontrer expérimentalement l’établissement de la MI dans une fibre optique micro-structurée (PCF) dont la dispersion varie de façon sinusoïdale. La première partie présente les principales caractéristiques des fibres optiques et les principaux processus physiques mis en jeu, ainsi que les outils de simulations numériques employés. La seconde partie débute par une présentation du contexte de l’étude et est ensuite consacrée aux résultats. Tout d’abord, nous introduisons le concept du mécanisme de quasi-accord de phase (QPM) dans les systèmes périodiques longitudinaux. Ensuite, nous présentons la démonstration expérimentale du processus de MI dans ce type de fibre. Le spectre obtenu est composé de dix lobes de MI sur 10 THz. De plus, nous proposons une description détaillée de la dynamique de formation des différents lobes de MI. Nous démontrons théoriquement et expérimentalement la génération d’une nouvelle famille de lobes de MI due à une combinaison entre la dispersion oscillante et la dispersion d’ordre quatre. Enfin, cette seconde partie est clôturée par l’élaboration d’un outil analytique, basé sur le modèle à trois ondes tronqué. Il permet d’interpréter simplement la dynamique de formation des lobes de MI et de contrôler le spectre de MI d’une fibre à dispersion oscillante. / This thesis concerns the modulation instability (MI) process in optical fibers with a periodic dispersion landscape. MI is a well-known phenomenon but in the context of optical fibers most studies were performed in the presence of uniform dispersion. The aim of this work is to experimentally demonstrate the MI process in a special type of fiber: a photonic crystal fiber (PCF) presenting a sinusoidal dispersion profile. Part 1 focuses on the main characteristics of optical fibers, on the main physical processes occurring in fibers and on three numerical tools used. Part 2 starts with the context of the study. First, we introduce the quasi-phase matching (QPM) mechanism in longitudinal periodic systems. Then, we report an experimental demonstration of the MI process in this kind of fiber. The experimental MI spectrum is composed of ten MI lobes in a range of 10 THz. We propose a detailed description of MI lobes dynamics. We then study the impact of fourth-order dispersion on the MI process in DOFs. We demonstrate theoretically and experimentally the presence of a new MI windows due to a combination of oscillating second-order dispersion and fourth-order dispersion. Finally, this second part ends with the development of an analytical tool based on the truncated three-wave model. It allows simple interpretations of MI lobes dynamics during their propagation. We show that this tool is very accurate and allows controlling MI spectrum of a DOF.

Nous étudions dans cette thèse le problème de la stabilité d'une goutte à l'état sphérique. La goutte est soumise à forçage qui s'exerce à sa surface de manière purement radiale. Deux configurations sont envisagées : lorsque le forçage est oscillant (avec ou sans une composante constante) et lorsque le forçage est constant. Pour ce faire, nous avons utilisé un code de simulation numérique tridimensionnel pour les écoulements multiphasique incompressibles massivement parallélisé. Le solver combine les méthodes eulériennes et lagrangiennes pour le traitement de la dynamique de l'interface. Le premier problème correspond à l'analogue de l'instabilité de Faraday en présence d'une interface sphérique. Nous avons réalisé une étude de stabilité linéaire en utilisant une décomposition spatiale sur une base d'harmonique sphérique et une généralisation de l'analyse de Floquet de Kumar and Tuckerman (1994) d'une interface plane. Les régions d'instabilités permettent de déterminer le mode sphérique le plus instable. Le mode prédit par la théorie linéaire correspond à celui obtenu à l'aide des simulations numériques. Le second problème est celui d'un forçage radial constant à l'interface de la goutte. En orientant la force dans le sens du gradient de densité, le problème est similaire à l'instabilité de Rayleigh-Taylor en géométrie sphérique. Nous présentons les résultats préliminaires de nos simulations à très haute résolution pour des petits nombres d'onde sur une sphère en tenant compte de la tension de surface durant les premières phases de l'instabilités. La phase turbulente n'est pas abordée. Pour de grand nombre d'onde, nous avons suivi l'évolution de différent motifs de la condition initiale jusque dans la phase non-linéaire. Un troisième problème est considéré pour un forçage horizontal d'une interface plane. Nous avons reproduit à l'aide de notre solver numérique les expériences de Yoshikawa and Wesfreid (2011b). L'interface entre deux fluides stablement stratifiés avec un fort contraste de viscosité est soumise à un cisaillement oscillant horizontal et oscillant . Le problème est celui de l'instabilité de Kelvin-Helmholtz oscillant. Les simulations numériques reproduisent avec succès la croissance et l'évolution de l'interface. nous distinguons deux régimes où l'interface adopte un comportement qualitativement différent dont un nouvel état à saturation est mis en évidence. Nous avons obtenu que pour ce nouvel état l'interface se déstabilise via une première bifurcation fourche supercritique. Cet état semble subir une seconde bifurcation lorsque la fréquence de forçage dépasse un second seuil avec une transition sous-critique, où deux états existent pour les mêmes paramètres de forçages. / We consider in this thesis the stability problem of a spherical drop subjected to a radial bulk force for two different configurations consisting of an oscillating (with or without a constant component) and a constant force. To do so, we use a full three-dimensional parallel front-tracking code for incompressible multiphase flow to calculate the interface motion. The first configuration consist to the spherical analogue of the Faraday instability. We linearize the governing equations about the state of rest and decompose deformations of the interface as spherical harmonics. Generalizing the Kumar & Tuckerman (1994) Floquet procedure to a spherical interface, we present a linear stability analysis for the appearance of standing waves. The most unstable spherical mode at onset predicted by the linear theory agrees with full three-dimensional nonlinear numerical simulations. The second configuration consists to the spherical analogue of the Rayleigh-Taylor instability when the force is oriented from the heavier to the lighter fluid. We performed numerical simulations for both high and low spherical modenumbers and followed their evolutions up to the nonlinear stage. Finally, we consider a plane interface subjected to an horizontal oscillatory forcing which is called the oscillatory Kelvin-Helmholtz instability. We consider the experimental configuration proposed by Yoshikawa and Wesfreid (2011b) for stably stratified fluids with a high viscosity contrast. Numerical simulations reproduce succesfully the growth and the evolution of the interface. We distinguish a new regime for the interface saturation which was not observed by the original experiment. We obtained a subcritical transition between the two different regimes.

Le tendon est un tissu conjonctif fibreux qui transmet les forces du muscle à l'os. Il a une structure hiérarchique formée de faisceaux et de fibrilles de collagène de type I orientées parallèlement à son axe. Leurs propriétés structurales confèrent aux tendons une flexibilité et une résistance à la traction élevées. Cependant, soumis à des sollicitations répétées, les tendons peuvent se déchirer et même rompre, ce qui peut rendre nécessaire Une intervention chirurgicale. Plusieurs stratégies sont en cours de développement comme les autogreffes, les tendons décellularisés ou les fibres synthétiques tressées. Cependant, aucun de ces matériaux ne répond parfaitement au cahier des charges de l'ingénierie tissulaire (cytocompatibilitité, propriétés mécaniques etc). L'objectif de cette thèse est donc de produire par extrusion et dans des conditions physiologiques une matrice de collagène qui imite le tendon. Tout d'abord, nous avons étudié les instabilités d’extrusion d’un système modèle (alginate de sodium), choisi pour ses propriétés rhéologiques proches du collagène. A partir de cette étude, nous avons ensuite produit des fils de collagène dense ou de mélanges collagène/alginate de diamètre de l’ordre de 500 µm conduisant à l’obtention de structures alignées selon l'axe du fil. Les conditions physico-chimiques ont été sélectionnées afin d'obtenir des fils homogènes avec les meilleures propriétés mécaniques. Enfin, ces fils ont été mis in vitro en contact avec des cellules souches mésenchymateuses. Celles-ci colonisent nos matrices et expriment les différents gènes caractéristiques du tendon, ce qui suggère qu’elles se différencient en cellules tendineuses. / Tendon is a fibrous connective tissue, which transmits forces from muscle to bone. It is mainly composed of collagen I fibrils and fascicles aligned along its axis. Moreover, collagen fascicles exhibit a helical “crimp” which acts as a natural shock-absorber and may play a role in elastic recoil. Due to this hierarchical structure, tendons present both flexibility and a high tensile strength over a wide load range. When an injured tendon is severely ruptured, a heavy surgical procedure is required. To overcome this issue, several strategies have already been developed as autografts, decellularized tendons, braided synthetic fibers. However, none of these materials fully meets chemical, mechanical and cytocompatibility requirements. The aim of this thesis is to produce a collagen matrix which mimics tendon by extrusion under physiological conditions. First, using alginate solutions as a model system for their similar rheological properties, we performed an extensive study of the helical extrusion instability which hinders the formation of regular threads. Based on this work, we then produced micrometric threads of dense collagen or mixtures of collagen and alginate which exhibit structures aligned along the thread axis. The physico-chemical conditions are chosen in order to obtain homogeneous threads with optimized mechanical properties. Finally, mesenchymal stem cells are seeded in vitro on collagen based threads. They colonize our matrices and express characteristic genes which suggests that they differentiate into tendon-like cells.

Cette thèse a pour objectif de comprendre les mécanismes physiques régissant la formation de capsules submillimétriques à coeur aqueux possédant une membrane fine d'hydrogel et ainsi de mieux maitriser ce procédé. Des bigouttes sont d'abord formées dans l'air par fragmentation d'un jet cylindrique composé d'un coeur aqueux enveloppé par une solution d'alginate. La coque est ensuite gélifiée après immersion dans une solution de calcium. L'étude du co-Écoulement au sein de l'injecteur a montré l'existence d'une instabilité élastique qui est amplifiée en présence de cations, du fait du caractère polyélectrolyte de l'alginate. Nous avons montré que cette instabilité était à l'origine d'un battement du jet composé en sortie d'extrusion. En provoquant un décentrage du coeur, l'instabilité induit une relaxation asymétrique du profil de vitesse, ce qui crée un couple qui courbe le jet. Nous avons mis en évidence cet effet en produisant des jets courbés à partir d'une pointe biseautée. La fragmentation du jet est ensuite contrôlée par une perturbation harmonique des débits d'injection. Nous observons une décroissance de la vitesse d'onde à la surface du jet pilotée par la tension de surface. La viscosité élevée des solutions d'alginate entraine une amplification de fluctuations de cette vitesse donnant lieu à des coalescences au sein du jet. L'ajout de tensioactifs peut exacerber cet effet en induisant une tension de surface dynamique à la surface du jet. Finalement, nous parvenons à produire des capsules submillimétriques de taille contrôlée, monodisperses, possédant une membrane fine, avec un taux d'encapsulation supérieur à 99%. Ces capsules trouvent des applications dans le domaine des biotechnologies comme nouvel outil pour la culture cellulaire. / The purpose of this work is to understand physical mechanisms that control the formation of aqueous-Core submillimetric capsules with a thin hydrogel membrane. This comprehension will allow a better control of the process. Compound drops are first formed in the air by the break-Up of a cylindrical jet composed of an aqueous core surrounded by an alginate solution. The shell is then solidified after immersion in a gelling calcium solution. The study of the co-Flow inside the injector showed the existence of an elastic instability which is amplified in the presence of cations, due to the polyelectrolyte property of alginate. We showed that this instability causes the flapping of the compound jet out of the injector. The instability induces a displacement of the core fluid position which leads to an asymmetric velocity relaxation that creates a torque and finally bends the jet. We produced curved jets with a beveled capillary to demonstrate this effect. The jet break-Up is controlled by a harmonic perturbation of the injection flow rates. We measured a decrease of the wave speed on the jet surface which is controlled by the surface tension. The alginate solution high viscosity causes an amplification of speed fluctuations that induces coalescence inside the jet. This amplification is enhanced by the addition of surfactants which create a dynamic surface tension at the jet interface. Finally, we managed to produce submillimetric and monodisperse capsules with a thin membrane, an encapsulation yield above 99% and a size that we can tune. These capsules can be used in biotechnology applications as a new tool for cell culture.

Au sein du noyau des cellules eucaryotes, la molécule d'ADN s'enroule autour de protéines histones, formant la chromatine. Ce mécanisme de compaction est dynamique selon les régions et les processus en cours, régulant l'accès à l'ADN. Pour exemple, la transcription d'un gène nécessite localement la décompaction de la chromatine, ce qui permet l'accès à la machinerie de transcription. Au contraire, La répression de ce gène sera corrélée à une forme compactée de cette portion de chromatine. Le phénomène d'acétylation des histones est associé à une décompaction. Les régions d'hétérochromatine (forme compactée considérée comme peu dynamique et peu transcrite) sont donc pauvres en acétylations d'histones. Pourtant des études chez la levure, suggèrent la présence de ces acétylations de manière fine dans l'hétérochromatine afin d'en permettre la plasticité. De récentes données chez la souris impliquent ces acétylations dans la compaction via le recrutement de protéines à doubles bromodomaine (BET). Notre vision de la fonction des acétylations d'histones est donc en train de changer. Les péricentromères sont des zones d'hétérochromatine dont la compaction correcte est nécessaire pour le bon déroulement de la ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ici nous travaillons sur des cellules de souris SUV39H 1/2 -/-, où la voie classique de compaction des péricentromères est défectueuse. Nos données nous permettent de poser un modèle où l'acétyltransférase TIP60 est recrutée à l'hétérochromatine péricentromérique dans les cellules SUV39H 1/2 -/-, où elle maintient la compaction en acétylant H4K12, permettant le recrutement d'une protéine à double bromodomaine. Ceci constitue un nouveau cas de compaction via une acétylation d'histone et une protéine BET chez les mammifères. Cette voie alternative de compaction pourrait être utilisée par les cellules lors de déstructurations de ces régions au cours de divers processus physiologiques, ou pathologiques, comme dans le cadre des cancers. En effet, c'est la première fois qu'un rôle de TIP60 est décrit aux péricentromères, région importante pour la stabilité génétique de la cellule, ce qui est cohérent avec la fonction connue de suppresseur de tumeur de TIP60. / In eukaryote cells, DNA is wrapped around histones proteins, organizing a nucleo-proteic structure called chromatin. Chromatin can compact or decompact itself in a very dynamic manner, depending on specific regions and processes. One example is that, to be transcribed, a gene needs chromatin to be in a decompacted state, whereas transcriptional repression will correlate with compacted chromatin. Among mechanisms implicated in this dynamics, histones acetylation is largely associated with chromatin decompaction. Thus, compacted chromatin, called heterochromatin, is generally considered as hardly dynamic with hypo-acetylated histones. However, studies in yeast suggest the involvement of histone acetylation in heterochromatin in order to allow its plasticity. Moreover, recent data in mouse directly involve histone acetylation in compaction processes via double bromodomain proteins (BET) recruitment, shedding a new light on the biological function of histones acetylation. Pericentromeres are heterochromatin regions whose correct compaction is critical to allow normal chromosome segregation during cell division. Here, we used SUV39H 1/2 -/- mouse cells, in which the classical pericentromeric heterochromatin pathway is affected. Our results support a model in which the histone acetyl transferase TIP60 is recruited to pericentromeres in SUV39H 1/2 -/- cells, allowing compaction by H4K12 acetylation and BET proteins recruitment, which constitute a new example of acetylation-mediated compaction via a BET protein in mammals. This back-up compaction pathway may be used by the cell in physiological or pathological contexts with defective pericentric heterochromatin, such as some types of cancers. Indeed, this is the first time that TIP60 is implicated in pericentromeres, an important structure for genetic stability, which makes sense with the known function of TIP60 as a tumor suppressor.

L'étude de stabilité des systèmes différentiels issus des équations de Navier-Stokes consiste à analyser la réponse du système linéarisé à une perturbation en onde plane. Elle ne peut pas rendre compte de tous les mécanismes possibles d'instabilité non linéaire. De telles analyses de stabilité non linéaire ont été abordées pour des discrétisations en différences finies de l'équation scalaire non visqueuse de Burgers. Elles sont basées sur l'analyse en ondes résonantes, en considérant un ensemble d'ondes qui forment un groupe fermé pour l'équation discrétisée. Une conclusion importante de ces travaux est que quelques mécanismes non linéaires instables existent qui échappent à l'analyse linéaire, comme le mécanisme de focalisation étudié et expliqué à l'aide des modes de side band, introduits pour amorcer les instabilités. Cette approche d'ondes résonantes est étendue à l'analyse non linéaire de stabilité pour les méthodes LBM (Lattice Boltzmann Method). Nous présentons pour la première fois une équation vectorielle à la place de l' équation scalaire de Burgers, car la méthode LBM considère une fonction de distribution par vitesses discrètes. L'application du principe des ondes résonantes aux équations de Boltzmann sur réseau pour un écoulement monodimensionnel, compressible et isotherme dans un schéma D1Q3 donne des cartes d'instabilité, dans le cas de 1 ou plusieurs modes résonants, très dépendantes des conditions initiales. Le phénomène de focalisation n'a pas été obtenu dans la formulation LBM. Des croissances transitoires dues à la non-normalité des opérateurs peuvent exister. Elles sont calculées par une méthode d'optimisation Lagrangienne utilisant les équations adjointes de LBM. L'application du principe des ondes résonantes est étendue à un modèle 2D. On montre que les instabilités deviennent prépondérantes. / The stability study of differential systems derived from the Navier- Stokes equations consists in analysing the response of the planar linearized system from a disturbance on a flat wave. It cannot account for all possible mechanisms of nonlinear instability. Such non-linear stability analyses were discussed for finite difference of the scalar non-viscous Burger equation. They are based on the analysis in resonant waves, considering a set of waves that form a closed group for the discretized equation. An important conclusion of this work is that some unstable nonlinear mechanisms exist that are beyond the linear analysis, as the focusing mechanism studied and explained using the methods of side band, introduced to initiate instabilities. This approach of resonant waves is extended to non-linear stability analysis for LBM (Lattice Boltzmann Method) methods. We report for the first time a vector equation instead of the scalar Burgers equation, because the LBM method considers a distribution function by discrete speeds. The principle of resonant waves to lattice Boltzmann equations for one-dimensional flow in a compressible and isothermal D1Q3 scheme gives instability maps, in the case of one or more resonant modes , highly dependent upon the initial conditions. The phenomenon of focus has not been obtained in the LBM formulation. Transient growth due to non-normality of operators may exist. They are calculated by a Lagrangian optimization method combined with LBM equations. The principle of resonant waves is extended to a 2D model. We show that the instabilities become dominant.

Cette thèse est consacrée à l’étude en microfluidique de la fabrication de fibres. Les deux étapes critiques sont : - la mise en forme du matériau : nous avons étudié des instabilités qui peuvent se déclencher dans des coécoulements coeur/écorce faisant intervenir des fluides complexes (polymères, suspensions concentrées), celles-ci peuvent empêcher un contrôle de cette étape ; - le figeage de cette forme : nous avons étudié la gélification de l’alginate (un biopolymère formant un gel par l’ajout d’ions calcium) sous écoulement. Nous avons étudié des phénomènes de diffusion-réaction sous écoulement pour comprendre les points de fonctionnement de nos dispositifs. Une fois ces étapes contrôlées, nous nous sommes intéressés à la fabrication des fibres d’alginates fortement chargées en cellules pour l’ingénierie tissulaire. / Abstract

L’objet de la présente thèse porte sur le rôle de la monnaie, en particulier bancaire, dans la détermination du niveau général d’activité chez le fondateur de la théorie quantitative contemporaine, Irving Fisher (1867–1947). Nous y montrons comment évolue sa conception des fluctuations et de l’instabilité en confrontant sa théorie des cycles de crédit (1911) à la déflation par la dette (1932, 1933). Notre objectif est de retracer la manière dont l’essor de la monnaie bancaire à partir de la fin du 19ème siècle, puis des marchés financiers dans l’entre-deux-guerres, sont intégrés dans la pensée de Fisher et, à travers lui, dans la conception libérale de la neutralité monétaire. Nous dégageons ainsi les structures logiques de ses deux analyses, en faisant valoir qu’elles s’appuient sur des mécanismes qualitativement différents, l’un bancaire, l’autre financier, mettant en jeu des variables et des processus de nature distincte. Cependant, une fois cette hétérogénéité mise en avant, il est possible de rapprocher les deux théories de Fisher en soulignant une invariance plus profonde portant sur le caractère déstabilisant de la monnaie. C’est pourquoi les deux grands projets de réformes qu’il défend au cours de sa vie, le dollar-compensé (1911, 1920) puis le 100% Monnaie (1935), sont construits en vue de répondre au même objectif : stabiliser la valeur de la monnaie. Le chapitre 1, introductif, présente les ressorts de la déflation par la dette afin d’en discuter l’articulation à la théorie des cycles de crédit au chapitre 2. Dans celui-ci, nous faisons apparaître que cette analyse de Fisher constitue un cas particulier d’un modèle plus général dans lequel, contrairement à ce qu’il pense alors, la stabilité de l’équilibre n’est pas garantie. Au chapitre 3, nous abordons les solutions qu’il propose pour lutter contre les désordres monétaires. Plus spécifiquement, nous précisons les liens entre sa perception de l’instabilité et les réformes qu’il suggère pour neutraliser l’influence de la monnaie sur les grandeurs économiques réelles. Dans le chapitre 4, nous poursuivons notre étude de la vision de l’instabilité de Fisher en examinant les fondements logiques et historiques de la notion « d’effet Fisher » au sens que lui donne James Tobin (1980). Enfin, le chapitre 5 traite de la réception et de la postérité des idées de Fisher en matière d’analyse de l’instabilité financière. Nous y montrons que la déflation par la dette n’est ni ignorée, ni totalement rejetée par les économistes dans les années 1930 et 1940, puis qu’elle occupe une place importante à partir des années 1970 dans la constitution des programmes de recherche néo-keynésien et post-keynésien. / The purpose of this thesis is to examine the role of money, especially of bank deposits,in Irving Fisher’s (1867–1947) analysis of the general level of activity determination, which constitutes nowadays the foundation of the contemporary quantitative theory.We show how his explanation of monetary instability evolves by comparing his credit cycle theory (1911) with the debt-deflation (1932, 1933). Our aim is to highlight the influence of the development of bank currency (from the end of the 19th century) and financial markets (during the interwar period) on Fisher’s economic thought, and through him, on the liberal conception of monetary neutrality. In this way, we draw the logical structures of its two analyses, by pointing out that they are based on qualitatively different mechanisms, one banking, and the other one financial, involving variables and processes of different nature. However, once this heterogeneousness advanced, it is possible to reconcile the two theories of Fisher by underlining a deeper invariance concerning the destabilizing character of money. That is why his two big reforms projects, the compensated-dollar (1911, 1920), and then the 100% Money (1935), are intended to answer at the same purpose: stabilize the value of money.Chapter 1 introduces the dynamic of the debt-deflation to discuss his relation with thecredit cycle theory in the chapter 2. In the latter, we assert that this analysis of Fisher is only a particular case of a more general model in which, contrary to what he thinks at the time, the stability of the equilibrium is not guaranteed. In the chapter 3, we discuss the solutions he proposed to solve the monetary disorders. More precisely, we specify the links between his perception of instability and the reforms he suggests to neutralize the influence of money on the real economic variables. In the chapter 4, we pursue our study of Fisher’s conception of instability by examining the logical and historical foundations of the notion of “Fisher effect” in the meaning given by James Tobin (1980). Finally, the chapter 5 deals with the reception and the posterity of Fisher’s ideas regarding financial instability. We show that the debt-deflation is neither ignored, nor totally rejected by the economists in the 1930s and 1940s, then that it occupies an important place from 1970s in the constitution of the neo-Keynesian and post-Keynesian research program.

Cette thèse est une contribution à l'étude de la dynamique des écoulements tournants de grand nombre de Reynolds. Elle vise à expliquer la déstabilisation, à nombre de swirl élevé, d'un écoulement en rotation solide se développant dans une conduite cylindrique de section constante puis contractante, et débouchant en un jet. On caractérise d'abord la turbulence qui en résulte dans le plan de sortie du jet. Des mesures par anémométrie fil chaud, effectuées en faisant varier le taux de contraction final, confirment que l'origine de cette turbulence doit être principalement recherchée dans l'écoulement de conduite et non dans le jet. On montre ensuite par une étude bibliographique que l'écoulement à l'amont de la contraction peut être fortement affecté par celle-ci lorsqu'il est s! ous-critique vis-à-vis des ondes inertielles (ou ondes de Kelvin) axisymétriques. A l'aide d'un modèle de fluide parfait axisymétrique, on étudie alors l'influence du taux de contraction et des conditions aux limites amont au régime transcritique. On montre l'apparition d'une recirculation de paroi dans la contraction. On explore ensuite l'écoulement de conduite par PIV stéréoscopique, et on compare ces mesures avec une simulation numérique axisymétrique à nombre de Reynolds modéré. En présence d'une contraction finale, on constate une dynamique nouvelle puisque la transition critique est franchie sans éclatement tourbillonnaire. On observe à la place des ondes inertielles axisymétriques stationnaires de grande amplitude. On montre finalement que des instabilités centrifuges de petite échelle ainsi qu'une instabilité global! e axisymétrique peuvent participer à la créatio! n de tur bulence.

La finalité de cette thèse est de fournir une meilleure compréhension de la turbulence homogène anisotrope soumise à un forçage barocline. À cette fin, nous utilisons une approche numérique pseudo-spectrale basée sur la transformation de Rogallo. L’utilisation d’un tel algorithme nous permet de considérer une asymétrie des fonctions de probabilité en faveur des évènements négatifs est observée. Le lien entre la distribution de vorticité potentielle et celle d’un scalaire passif est également étudié. Il est montré qu’à faible nombre de Richardson, c’est le mode vortex (à vorticité potentielle nulle) qui contient les plus importantes fuctuations de scalaire. Un écoulement homogène dans les trois directions de l’espace. Plusieurs simulations numériques directes (DNS) sont effectuées dans un contexte assez proche des écoulements géophysiques que l’on retrouve entre autre dans la stratosphère, où un gradient constant de vitesse zonale vient se coupler à un gradient constant de densité dans un repère tournant. Les résultats obtenus s’articulent autour de quatre axes principaux. Tout d’abord, une étude linéaire à temps fini est présentée en vue de compléter les résultats existants sur la dynamique linéaire asymptotique. La solution linéaire est décomposée en une partie ‘onde’ (qui se propage) et une partie dite ‘vortex’(stationnaire). L’étude analytique est complétée par un modèle synthétique de turbulence (Kinematic Simulation ou KS) basé sur la théorie de la distorsion rapide(RDT). Nous montrons qu’une distribution initiale non nulle de vorticité potentielle linéarisée peut conduire à d’importantes croissances transitoires. Ce résultat pourrait s’étendre à des modélisations du climat ou météorologique, où la distribution initiale de vorticité potentielle semble avoir autant d’importance que la distribution initiale de température ou de vitesse. Ensuite, nous consacrons une partie de notre étude à l’analyse paramétrique et à la stabilité de l’écoulement. Plusieurs DNS sont effectuées pour différents taux de rotation et stratification. Le diagramme de stabilité obtenu montre que pour de faibles taux de rotation, la limite de stabilité est identique à celle connue des écoulements sans rotation. À plus faible nombre de Rossby — lorsque la baroclinicité devient importante — la limite linéaire de stabilité Ri = 1 relative à l’instabilité symétrique est confirmée. La coexistance de l’instabilité barocline avec l’instabilité symétrique est également clarifiée. Une analyse énergétique détaillée mène à la conclusion suivante : la stratification doit être suffisamment importante (Ri ' 1) pour que l’instabilité barocline soit dominante i.e. que la conversion d’énergie potentielle soit la source principale d’énergie cinétique turbulente. Dans le cas contraire, l’instabilité symétrique — qui tire son énergie de l’énergie cinétique de l’écoulement moyen et non de son énergie potentielle — domine la dynamique de l’écoulement. Le troisième axe d’étude concerne la turbulence à proprement parler. En conséquence de l’ajustement géostrophique, le vent thermique force la turbulence d’une manière naturelle, en opposition à d’autres méthodes de forçage stochastique. L’émergence de structures dans le contexte barocline est approfondie. Des statistiques Euleriennes sont présentées afin de fournir une caractérisation fine de l’anisotropie de l’écoulement. Enfin, nous étendons notre étude à la caractérisation de la vorticité potentielle turbulente. Les fonctions de probabilité de la vorticité potentielle d’Ertel montrent que des anomalies sont présentes dans les configurations instables. En particulier, une asymétrie des fonctions de probabilité en faveur des évènements négatifs est observée. Le lien entre la distribution de vorticité potentielle et celle d’un scalaire passif est également étudié. Il est montré qu’à faible nombre de Richardson, c’est le mode vortex (à vorticité potentielle nulle) qui contient les plus importantes fuctuations de scalaire. / The main objective of this thesis is to provide a better understandingof homogeneous turbulence dynamics under an external baroclinic forcing.To achieve this goal, we use a pseudo-spectral code based on the Rogallo transformation.The use of such an algorithm allows to assume homegeneity in the threespatial directions. Direct Numerical Simulations (DNS) are done in a context representativeof geophysical baroclinic flows in the middle atmosphere: superpositionof a uniform mean zonal flow with stable vertical stratification and frame rotation.The results we obtained are then presented along four axes.First, a finite-time linear analysis is done to complete previous asymptotic results.The linearized flow is decomposed into a propagating (wave) and stationary (vortex)part. The analytical work is completed by a Kinematic Simulation (KS) modelbased on Rapid Distortion Theory (RDT). It is shown that the linearized potentialvorticity mode can produce dramatic transient growth of the kinetic energy if nonzeroinitially. The consequence of such a result is then of capital interest in climatemodelling, where the initial distribution of potential vorticity seems to have moreimportance than other eulerian quantities (temperature or velocity).The second axis is dedicated to a parametric analysis of the flow stability. SeveralDNS are done for different rotation and stratification rates. The derived stabilitydiagram shows that at low rotation rates, the stability bound for purely shearedstratifiedflows is recovered. At higher rotation rates — when baroclinicity is dominant— the linear bound for the so-called symmetric instability is confirmed. Thecoexistence of baroclinic and symmetric instabilies is also clarified. A complete energeticanalysis leads to the conclusion that stratification must be sufficiently highto enhance potential energy release through baroclinic instability. If not, symmetricinstability — driving its energy from the kinetic energy of the mean flow and notfrom the potential energy of the mean flow — is found to dominate the dynamics.The third axis is devoted to a characterisation of homogeneous turbulence submittedto an external baroclinic forcing. As coming from the geostrophic adjustment,the thermal shear allows an organic forcing of turbulence, in opposition to ad-hocarticificial forcing. The structures associated with the simultaneous presence of rotation,stratification and shear are investigated. Eulerian statistics are gathered togive a sharp characterisation of the spatial anisotropy of the flow.Finally, we open our work to the study of turbulent potential vorticity. Probabilitydensity functions of Ertel’s potential vorticity show that potential vorticityanomalies are present in unstable configurations. In particular, an asymmetry ofthe probability density functions toward negative events is observed. An attemptto link potential vorticity dynamics with scalar mixing in baroclinic flows is donethrough joint probability functions analysis.