Dans le cadre de la fusion par confinement inertiel, nous présentons une analyse des effets du champ magnétique sur le développement linéaire des instabilités de Richtmyer-Meshkov, en magnétohydrodynamique idéale d’une part, et de Rayleigh-Taylor au front d’ablation, dans les phases d’accélération et de décélération d’autre part.A l’aide d’un code linéaire de perturbation, nos simulations mono mode nous permettent de confirmer, pour l’instabilité de Richtmyer-Meshkov, la stabilisation apportée par la composante du champ magnétique parallèle au vecteur d’onde des perturbations de l’interface, dont l’amplitude oscille au cours du temps. Nous montrons que la prise en compte de la compressibilité n’apporte pas de changements significatifs par rapport au modèle impulsionnel incompressible existant dans la littérature. Dans nos simulations numériques bidimensionnelles, en géométrie plane, de l’instabilité de Rayleigh-Taylor dans la phase d’accélération, nous prenons en compte le phénomène d’auto-génération de champ magnétique induite par cette instabilité. Nous montrons qu’il est possible d’atteindre des valeurs de champ de l’ordre de quelques teslas et que la croissance de l’amplitude des perturbations transite plus rapidement vers un régime de croissance non-linéaire avec, notamment, un développement accru de la troisième harmonique. Nous proposons également une adaptation d’un modèle existant, étudiant l’effet d’anisotropie de conductivité thermique sur le taux de croissance de l’instabilité de Rayleigh-Taylor au front d’ablation, pour tenter de prendre en compte les effets des champs magnétiques auto-générés sur le taux de croissance de l’instabilité de Rayleigh-Taylor. Enfin, dans une étude numérique à deux dimensions, en géométrie cylindrique, nous analysons les effets des champs magnétiques auto-générés par l’instabilité de Rayleigh-Taylor dans la phase de décélération. Cette dernière étude révèle l’apparition de champs magnétiques pouvant atteindre plusieurs milliers de teslas sans pour autant affecter le comportement de l’instabilité de Rayleigh-Taylor. / In the context of inertial confinement fusion we investigate effects of magnetic fields on the development in the linear regime of two hydrodynamic instabilities: Richtmyer-Meshkov instability using ideal magnetohydrodynamics and ablative Rayleigh-Taylor instability in both acceleration and deceleration stages.Direct numerical simulations with a linear perturbation code enable us to confirm the stabilizing effect of the component of the magnetic field along the perturbations wave vector. The amplitude doesn’t grow linearly in time but experiences oscillations instead. The compressibility taken into account in the code does not affect predictions given by an already existing impulsive and incompressible model.As far as Rayleigh-Taylor instability is concerned we study the effects of self-generated magnetic fields that arise from the development of the instability itself. In the acceleration stage we perform two dimensional simulations in planar geometry. We show that magnetic fields of about 1T can be generated and that the instability growth transits more rapidly into nonlinear growth with the enhancement of the development of the third harmonic. We also propose an adaptation of an existing model that aims at studying thermal conductivity anisotropy effects, to take into account the effects of the self-generated magnetic fields on the Rayleigh-Taylor instability growth rate.Finally, in the deceleration stage, we perform two dimensional simulations in cylindrical geometry that take into account self-generation of magnetic fields due to the instability development. It reveals magnetic fields of about several thousands of teslas that are not strong enough though to affect the instability behavior.

Cette recherche se focalise sur les problèmes d’instabilités de combustion hautes fréquences dans les moteurs fusées. Ces instabilités sont connues pour avoir des effets néfastes et peuvent, dans certains cas, causer la destruction du système propulsif. Pour éviter l’apparition de ces instabilités, il est important de connaître les mécanismes qui entretiennent ces phénomènes dynamiques et de comprendre le couplage complexe entre l’injection, la combustion et la résonnance acoustique du système. Ce travail comprend trois parties.La première partie traite de la simulation numérique de jets non-réactifs et réactifs soumis à différentes conditions de modulation afin de comprendre les interactions entre les jets, les flammes et leur environnement. Les calculs numériques de jets ronds non-réactifs ainsi que des flammes plus complexes formées par des injecteurs coaxiaux dans des conditions transcritiques ont été effectuées avec des simulations aux grandes échelles (SGE), adaptées aux conditions gaz réels à l’aide du solveur AVBP-RG. Les jets ronds ont été soumis à des fluctuations de vitesse transverse. Il a été trouvé que pour toutes les amplitudes et fréquences de modulation, le jet est déformé et oscille dans la direction transverse. Ce comportement peut être représenté par un modèle. Les flammes coaxiales ont été soumises à une modulation de débit et de pression. La modulation induit des variations du dégagement de chaleur global. Un modèle mathématique reliant les paramètres modulés au dégagement de chaleur est proposé.La seconde partie contient les travaux expérimentaux. Dans ce cadre, un nouveau banc expérimental a été développé pour l’étude de cavités couplées pressurisées (NPCC). Le couplage entre le plénum (ou dôme) et la chambre a été étudié. Un modèle reliant les fluctuations de pression et de vitesse en sortie des injecteurs a été développé et comparés aux données d’essais. Le banc NPCC a aussi été utilisé pour acquérir plus de connaissances sur le niveau d’amortissement. Les coefficients d’amortissement ont été déterminés.La dernière partie de ce document traite du développement d’un modèle ordre réduit qui représente des mécanismes qui entretiennent et amortissent les instabilités de combustion hautes fréquences. Cette description dynamique a été incorporée dans un code de stabilité haute fréquence (STAHF). Ce code a été utilisé pour étudier un moteur à ergols liquides d’une puissance de 87 MW (le banc BKD du DLR en Allemagne) qui présente des instabilités hautes fréquences. Après le recalage de certains paramètres de contrôle, STAHF a été capable de retrouver des résultats obtenus d’essais au DLR. / This research concerns some of the issues raised by high frequency combustion instabilities in rocket engines. These instabilities are known to have detrimental effects leading, in some cases, to the destruction of the propulsion system. To avoid the appearance of such instabilities it is important to gain an understanding of the processes driving such dynamical phenomena. One has to consider the complex coupling between injection, combustion and the acoustic resonances of the system. The present work contributes to this objective by developing three items.The first deals with numerical simulations of non-reactive and reactive jets submitted to different modulation conditions to understand the interaction between jets, flames and their environment. Numerical simulations of non-reactive round jets as well as more complex flames formed by coaxial injectors operating under transcritical conditions were carried out using large eddy simulation (LES) adapted to real gas situations by making use of the AVBP-RG flow solver. Round jets were submitted to transverse velocity fluctuations. It has been found that for all amplitudes and frequencies of modulation, the modulated jet is deformed and oscillates. This behavior can be represented by a model. The coaxial flames were submitted to mass flow rate and pressure modulation. For these cases it has been found that the modulation induces variations of the global heat release rate. A mathematical relationship between the modulated parameters and the heat release rate has been proposed.The second item includes experimental investigations. For this purpose a New Pressurized Coupled Cavities (NPCC) laboratory test rig has been developed. The possible coupling between the plenum and the thrust chamber was studied. A model, linking pressure and velocity fluctuations between the plenum and the thrust chamber, has been developed. The laboratory test rig was also used to gather some knowledge on the levels of damping and the damping coefficients could be determined.The last item of this document deals with the development of a reduced order dynamical model which includes some of the driving and damping mechanisms of high frequency combustion instabilities. This dynamical description was implemented in a high frequency stability code (STAHF). This code was used to examine a 87 MW liquid rocket engine (BKD operated at DLR, Germany) exhibiting high frequency oscillations. After the adjustment of some control parameters, STAHF was able to retrieve some the features observed in experiments carried out at DLR.

Dans le contexte de la fusion par confinement inertiel (FCI), le lissage optique est une technique utilisée pour obtenir une irradiation laser aussi homogène que possible, en modifiant les propriétés de cohérence temporelle et spatiale des faisceaux laser. L'utilisation du lissage optique est une nécessité sur les lasers de puissance comme le Laser MégaJoule (LMJ) pour limiter le développement des instabilités paramétriques issues de l'intéraction laser-plasma, et parmi elles, la rétrodiffusion Brillouin stimulée (RBS). Ces instabilités entraînent des défauts d'irradiation sur cible et peuvent aussi être une source d'endommagement dans la chaîne optique. Cependant ces techniques peuvent entraîner d'autres problèmes au niveau de la chaîne laser, tels que la conversion de modulation de phase en modulation d'amplitude (FM-AM), néfastes au bon déroulement des expériences et pouvant également endommager les chaînes laser.On comprend donc qu'il est nécessaire de trouver un compromis autour du lissage optique. L’évolution du compromis du lissage est cependant compliquée car la quantification des gains et des pertes est très difficile à établir. Ainsi, tant que la quantification n’est pas faite, le compromis n’évolue pas : le lasériste souhaite toujours moins de lissage et « l’expérimentateur » toujours plus de lissage mais aucun des deux ne peut apporter suffisamment d’éléments quantitatifs pour faire pencher la balance. Cette thèse propose donc de poser les premières briques permettant d'arriver à ce compromis pour le LMJ, à l'aide d'études théoriques et numériques.Nous comparons soigneusement le lissage longitudinal (LSSD) et transversal (TSSD) par dispersion spectrale dans une configuration de lissage idéale pour chaque cas. Avec des codes 3D, nous avons simulé la RBS dans un plasma d'or, typique des expériences de FCI et favorable au développement de la RBS. Nous montrons que, contrairement aux idées reçues, l'évolution temporelle de la RBS présente certaines différences entre les deux systèmes de lissage. Premièrement, les valeurs asymptotiques des niveaux de saturation ne sont pas tout à fait les mêmes. Avec une simple description des rayons et le calcul du gain RBS pour chaque rayon, nous avons pu expliquer cette différence. En outre, la dynamique de la RBS est également quelque peu différente. Nous avons montré que la dynamique RBS est déterminée par l'évolution temporelle des propriétés des surintensités et en particulier par la longueur d'interaction effective entre la lumière rétrodiffusée Brillouin et les points chauds. Cette longueur d'interaction effective dépend à la fois de la vitesse longitudinale et de la longueur des points chauds. En effet, la synchronisation des longueurs d'interaction effectives des deux schémas de lissage synchronise également la croissance des courbes de rétrodiffusion avant saturation.Nous montrons, également qu'il est possible de faire évoluer les paramètres de lissage du LMJ en illustrant une nouvelle façon de réduire la conversion FM-AM inévitablement présente dans les lasers de forte puissance. En répartissant le spectre total habituellement utilisé par un quadruplet (regroupement de 4 faisceaux), en deux parties de spectres identiques plus petits sur les faisceaux de gauche et de droite, la conversion FM en AM est considérablement réduite de 30% à 5% tout en maintenant la performance de lissage pour la RBS. Nous avons également montré que le temps de cohérence qui en résulte n'a aucun effet sur le niveau maximal de RBS atteint. De la même façon, il faudra étudier l'impact de ces évolutions sur d'autres instabilités telles que le diffusion Raman stimulée ou le transfert d'énergie par croisement de faisceaux. / In the context of inertial confinement fusion (ICF), optical smoothing is a technique used to obtain the most homogeneous laser irradiation possible, by modifying the temporal and spatial coherence properties of the laser beams. The use of optical smoothing is a necessity on high-power lasers such as the Laser Mégajoule (LMJ) to limit the development of parametric instabilities resulting from laser-plasma interaction, and among them, stimulated Brillouin backscattering (SBS). These instabilities lead to target irradiation defects and can also be a source of damage in the optical lines. However, these techniques can lead to other problems in the laser lines, such as the conversion of phase modulation to amplitude modulation (FM-to-AM), which is harmful to the proper conduct of the experiments and can also damage the laser optics.It is therefore a necessity to find a compromise around optical smoothing. The evolution of the smoothing compromise is however complicated because the quantification of gains and losses is very difficult to establish. Thus, as long as quantification is not done, the compromise does not evolve: the laserist always wants less smoothing and the experimentalist always more smoothing, but neither of them can bring enough quantitative elements to tip the balance. This thesis therefore proposes to lay the first groundwork for reaching this compromise for the LMJ, using theoretical and numerical studies.We carefully compare longitudinal (LSSD) and transverse (TSSD) smoothing by spectral dispersion in an ideal smoothing configuration for each case. With 3D codes, we simulated SBS in a gold plasma, typical of ICF experiments and favourable to the development of SBS. We show that, contrary to popular belief, the temporal evolution of SBS shows some differences between the two smoothing schemes. First, the asymptotic values of saturation levels are not quite the same. With a simple description using light rays and the calculation of the SBS gain for each ray, we were able to explain this difference. In addition, the dynamics of SBS are also somewhat different. We have shown that the SBS dynamics is determined by the temporal evolution of the properties of the hot-spots and in particular by the effective interaction length between the Brillouin backscattered light and the hot-spots. This effective interaction length depends on both the longitudinal velocity and the length of the hot-spots. Indeed, the synchronization of the effective interaction lengths of the two smoothing schemes also synchronizes the growth of the backscatter curves before saturation.We also show that it is possible to change the smoothing parameters of the LMJ by illustrating a new way to reduce the FM-to-AM conversion inevitably present in high-power lasers. By splitting the total spectrum usually used by a quadruplet (grouping of 4 beams) into two parts of smaller identical spectra on the left and right beams, the FM-to-AM conversion is significantly reduced from 30% to 5% while maintaining the smoothing performance for SBS. We have also shown that the resulting coherence time of the laser has no effect on the maximum level of SBS achieved. Similarly, the impact of these developments on other instabilities such as stimulated Raman scattering or crossed beam energy transfer will also need to be investigated.

Ce travail de thèse aborde l'hydrodynamique régissant un grand nombre d'applications industrielles mettant en œuvre des fluides à seuil de contrainte. Il s'intéresse plus particulièrement à l'étude du problème de base de la mécanique des fluides que constitue l'écoulement d'un fluide autour d'obstacles cylindriques. <br />Dans un premier temps, le domaine des grands nombres d'Oldroyd, peu abordé dans la littérature, a été examiné en s'intéressant plus particulièrement aux aspects cinématiques et dynamiques. Les effets d'inertie sont négligés. Le cas d'un seul obstacle cylindrique et celui de deux obstacles cylindriques en interaction ont été étudiés numériquement. Les résultats concernant les zones rigides, la stabilité, la couche limite viscoplastique ont été présentés en fonction du nombre d'Oldroyd. Expérimentalement, le cas du cylindre seul a été examiné par la mesure de la traînée et la caractérisation des champs de vitesses par vélocimétrie par image de particules. Le fluide à seuil de contrainte utilisé a été l'objet d'une caractérisation rhéométrique approfondie. Les résultats expérimentaux ont permis de comparer les effets de la nature élastoviscoplastique du gel utilisé aux résultats obtenus avec des lois viscoplastiques existantes. <br />Dans un second temps, les effets d'inertie ont été pris en compte. Une étude expérimentale a été menée sur l'écoulement autour d'un obstacle cylindrique plongé dans une cuve tournante. Cette étude, complétée par une simulation numérique, a permis d'identifier l'influence de la plasticité, de la rhéofluidification et de l'élasticité sur le sillage derrière un obstacle cylindrique dans un fluide à seuil de contrainte. La zone de recirculation présente dans le régime laminaire stable et la transition entre ce régime et le régime laminaire avec détachement de tourbillons ont été spécialement examinées.

Ce mémoire de thèse synthétise trois années de recherches dédiées à la modélisation numérique des instabilités et ruptures se produisant dans les géomatériaux et ouvrages comme les glissements de terrains. L'approche considérée dans ces modélisations relève de la mécanique des milieux continus et est fondée sur l'exploitation de lois de comportement phénoménologiques et l'utilisation d'un code aux éléments finis. L'étude de ces instabilités est effectuée grâce au critère de Hill (1958) qui est basée sur le signe du travail du second ordre. Après un chapitre bibliographique sur les lois de comportements pour matériaux granulaires et sur les critères de stabilité matérielle, le second chapitre est dédié à l'étude du critère du travail du second ordre local par une analyse au niveau du comportement d'un point matériel. Le troisième chapitre propose une étude de ce critère à l'échelle d'une structure, et repose sur l'analyse aux valeurs propres et vecteurs propres de la partie symétrique de la matrice de rigidité globale issue d'un calcul par éléments finis. Enfin, dans le dernier chapitre nous présentons les modélisations de deux glissements de terrains : Petacciato en Italie, et Ballendaz en Savoie, qui se sont manifestés après des périodes de fortes pluies. L'association d'un modèle hydro-mécanique couplé prenant en compte la saturation partielle des sols, et du critère du travail du second ordre a permis de décrire correctement les surfaces de ruptures observées in situ.

La Formation Ayabacas est une unité resédimentée, affectée de déformations spectaculaires, qui affleure irrégulièrement dans les Andes du sud du Pérou. Elle résulte du collapse sous-marin, aux alentours de la limite Turonien-Coniacien (~91-89 Ma), de la quasi-totalité de la plate-forme carbonatée qui s'était mise en place au cours de deux transgressions, entre l'Albien inférieur et l'Albien supérieur (~108,5 - ~102 Ma) pour la première, et entre le Cénomanien supérieur et le Turonien supérieur (~95 - ~90 Ma) pour la seconde. Le collapse a affecté une surface d'au moins 80 000 km2 et les dépôts, parfois absents à l'amont, atteignent plus de 500 m d'épaisseur à l'aval. Il a été déplacé, au cours d'un événement unique à l'échelle des temps géologiques, un volume de matériaux estimé à > 10 000 km3. Ces dimensions, de l'ordre de celles des glissements sous-marins géants récents, font du collapse Ayabacas le plus grand glissement sous-marin fossile actuellement connu.<br />Le collapse s'organise du NE au SW en six zones basées sur les faciès de déformation, en relation avec deux importants systèmes structuraux d'échelle lithosphérique (une septième zone, à l'extrême NE, correspondant aux dépôts non déstabilisés). Dans les parties amont du collapse (zones 1 à 3, au NE), les dépôts forment une méga-brèche, avec des éléments de taille décamétrique à kilométrique (principalement des nappes et des radeaux calcaires, souvent plissés plastiquement ; plus rarement des blocs rigides dérivés de formations crétacées et paléozoïques) flottant dans un mélange de petits clastes carbonatés ou siliciclastiques et de matériaux pélitiques rougeâtres. Ce mélange de matériaux enclins à se liquifier et à se déformer plastiquement a servi de semelle de glissement aux plus gros éléments. Ces zones se caractérisent également par des déformations et des faciès bréchiques quelle que soit l'échelle d'observation. Les parties aval, au SW, sont exclusivement carbonatées, avec un empilement de masses calcaires de tailles croissantes, une disparition de la semelle de glissement très ductile et une organisation croissante des dépôts marquant un amortissement du collapse.<br />Le collapse Ayabacas, qui s'est produit sur une marge qui paraissait a priori stable, est atypique comparé aux autres glissements actuels ou fossiles. Intervenant immédiatement avant la rapide continentalisation du bassin d'arrière-arc sud-péruvien, et donc l'émergence des Andes, le collapse est une des conséquences de changements géodynamiques à l'échelle de la cellule de convection mantellique du Pacifique, qui ont notamment entraîné une brusque modification des conditions de subduction dans le sud du Pérou. Ce bouleversement a provoqué une flexure de la lithosphère de l'arrière-arc et un découpage du substratum ante-Ayabacas en blocs basculés par des failles normales, créant des pentes favorables au collapse de la plate-forme.

Ce travail résume mes activités de recherche portant sur la diffusion multiple des ondes en milieux désordonnés et, en particulier, sur la dynamique des ondes multiplement diffusées. La spectroscopie, l'imagerie et la microscopie par ondes diffusées, la diffusion multiple dans les milieux non linéaires, la localisation d'Anderson, et l'optique quantique des milieux désordonnés sont discutés dans 4 chapitres.

Cette thèse consiste en l'étude expérimentale de la dynamique d'une interface granulaire inclinée et cisaillée par un écoulement d'eau laminaire, continu. Dans le canal de géométrie contrôlée, deux modes de transport sédimentaires sont observables : par érosion hydrodynamique et par écoulement gravitaire en masse. <br />Une première étude est consacrée aux seuils de mise en mouvement des particules. Deux modèles simples prenant en compte la gravité, la friction entre particules et le cisaillement du fluide, permettent de retrouver l'influence de la vitesse de l'écoulement d'eau et de la pente du lit sur les seuils de transport par érosion et par avalanche.<br />Le régime d'écoulements gravitaires est ensuite exploré pour des pentes au-delà de l'angle maximal de stabilité. Les mesures d'évolution de la pente du tas et du débit de particules (par PIV) montrent que l'avalanche atteint rapidement un régime quasi-stationnaire. La vitesse des grains dépend uniquement de la pente du tas, dans une relation quantitativement prédite par un modèle adapté des développements récents de modélisation de la rhéologie des granulaires. <br />Dans une troisième partie on s'intéresse à la déformation de l'interface granulaire dans un régime particulier. La formation de rides à tourbillon est observée à la surface de l'avalanche, lorsqu'on applique un écoulement d'eau qui tend à transporter les particules dans la direction opposée. Après une phase initiale de croissance exponentielle, l'amplitude des rides sature. La zone de recirculation à l'arrière de la ride semble contrôler la forme des structures tandis que la quantité de matière transportable par l'avalanche semble déterminer leur amplitude.

Nous présentons une étude détaillée de l'évolution de l'aimantation nucléaire au sein d'une solution d'3He polarisé dans l'4He à pression de vapeur saturante à des températures de l'ordre de 1 K. En champ magnétique très faible (~mT), des mesures RMN précises sont réalisées sur des solutions 3He-4He hyperpolarisées, obtenues par liquéfaction de gaz polarisé par pompage optique. Nous avons mesuré deux quantités intrinsèques: le temps de relaxation longitudinale et le coefficient de diffusion de spin, susceptibles d'apporter des informations sur les interactions atomiques effectives dans les solutions non-dégénérées. Les précautions expérimentales prises (en particulier l'utilisation d'enduit de césium) garantissent une relaxation très peu influencée par les termes de surface et permettent d'extraire la relaxation due aux interactions dipolaires entre les noyaux des atomes d'3He. Nous avons mesuré des temps de relaxation allant jusqu'à 8 heures pour les solutions les plus diluées. Nous avons trouvé qu'à température fixée, le temps de relaxation dipolaire est inversement proportionnel à la densité en 3He, en accord avec la théorie des solutions quantiques diluées. Par contre, la mesure de la dépendance en température ne reflète pas clairement les prédictions théoriques existantes qui devront être revues. Nous avons mesuré des valeurs du coefficient de diffusion avec une grande précision et déterminé les conditions expérimentales où cette mesure n'est pas faussée par l'effet du champ dipolaire sur l'évolution de l'aimantation transverse. Nous avons systématiquement étudié l'évolution de cette aimantation après une simple impulsion 90° en fonction de la densité d'aimantation de l'échantillon et d'un gradient appliqué. Nous avons observé le développement d'instabilités dans l'évolution de l'aimantation dues au champ dipolaire. Il est également apparu que la refocalistion de l'aimantation transverse après une seconde impulsion 180° est profondément perturbée par le champ dipolaire.

Ce mémoire est consacré à` l'étude expérimentale, numérique et analytique d'exemples de membranes élastiques ou capillaires. Les grandes déformations des plaques élastiques conduisent en général à la concentration de l'énergie autour de zones presque singulières qui sont linéaires (plis) ou ponctuelles (cônes). Ces singularités sont bien comprises seulement quand elles sont isolées. Nous considérons deux situations modèles présentant plusieurs plis et cônes. Des simulations des équations complètes, ainsi que des calculs analytiques utilisant l'énergie élastique des singularités et des arguments géométriques, sont en accord quantitatif avec les expériences. Les films formés d'un liquide visqueux se déforment aux temps courts comme des plaques élastiques. L'analogie entre l'écoulement d'un fluide visqueux et les déformations d'un solide élastique nous permet d'exhiber un nouveau type de singularité conique sur un film visqueux. Aux temps longs, les films liquides évoluent vers des formes qui minimisent leur énergie capillaire : des surfaces minimales. Nous déterminons les surfaces minimales qui s'appuient sur une double hélice et nous étudions leur stabilité à l'aide de leurs spectres de vibration. Si l'on force une surface minimale solide à vibrer, elle répond de façon notable seulement si la fréquence d'excitation est proche de l'une de ses fréquences propres. Un film de savon à l'équilibre prend la forme d'une surface minimale. Par contre, nous avons constaté que, quand on force le film, son amplitude de vibration varie peu avec la fréquence d'excitation car sa distribution spatiale d'épaisseur s'adapte au forçage. Nous considérons un équivalent mécanique, une masselotte qui coulisse sur une corde vibrante, et montrons que l'ajout d'un degré de liberté (l'épaisseur du film ou la position de la masselotte) à un système vibrant rend celui-ci auto-adaptatif : il répond à toute fréquence de forçage.