In some high-field laser-plasma experiments, it is advantageous to accompany the main high-energy (~1 J) laser with a second high-energy pulse (~0.1 J) which has been frequency-shifted by ~10-20%. Such a pulse-pair would have a low walk-off velocity while remaining spectrally distinct for use in two-color pump-probe experiments. Moreover, by shifting the second pulse by ~plasma frequency, it is theoretically possible to exercise some amount of control over a variety of laser-plasma instabilities, including forward Raman scattering, electromagnetic cascading, and relativistic self-focusing. Alternatively, the two pulses may be counter-propagated so that the collide in the plasma and create a slowly-propagating beatwave which can be used to inject electrons into a laser wakefield accelerator. The design, characeterization, and performance of a hybrid chirped-pulse Raman amplifier (CPRA)/Ti-Sapphire amplifier are reported and discussed. This hybrid system allows for the generation of a high-energy (>200 mJ), broadband (15-20 nm bandwidth FWHM), short duration (>100 fs duration) laser sideband. When amplified and compressed, the Raman beam's power exceeds 1 TW. This sideband is combined with the primary laser system to create a bi-color terawatt laser system which is capable of performing two-color high-field experiments. This two-color capability can be added to any commercial terawatt laser system without compromising the energy, duration or beam quality of the primary system. Preliminary two-color laser-plasma experiments are also discussed. / text

The aerodynamic performance of lifting surfaces operating at low Reynolds number conditions is impaired by laminar separation. Understanding of the physical mechanisms and hydrodynamic instabilities that are associated with laminar separation and the formation of laminar separation bubbles (LSBs) is key for the design and development of effective and efficient active flow control (AFC) devices. For the present work, laminar separation and its control were investigated numerically by employing highly-accurate direct numerical simulations (DNS).For a LSB on a curved plate, the primary and secondary instability of the uncontrolled flow were investigated. An inviscid Kelvin-Helmholtz (KH) instability was found to be responsible for the shedding of predominantly two-dimensional (2D) vortices. The onset of transition was caused by temporally-growing three-dimensional (3D) disturbances inside the separated region, which were supported by elliptical and hyperbolic secondary instabilities. The hyperbolic instability was demonstrated to be of absolute/global nature. High-amplitude forcing using pulsed vortex generator jets and 2D time-periodic blowing was found to exploit the KH instability and lead to a significant reduction in bubble size. In addition, the 2D forcing was found to suppress the secondary instabilities such that transition to turbulence was delayed.The role of free-stream turbulence (FST) in the transition process was investigated for a LSB on a flat plate. FST was shown to cause the formation of streamwise-elongated streaks inside the boundary layer. For the uncontrolled LSB, increasing the FST levels led to accelerated transition and a reduction in bubble size. The stage of linear disturbance growth due to the inviscid KH instability was not ``bypassed''. Flow control by means of 2D periodic excitation was found to remain effective, since it could exploit the KH instability and suppress secondary absolute instabilities. Transition was initiated by an interaction of the 2D wave introduced by the forcing and the streamwise boundary-layer streaks. The interaction led to a spanwise modulation of the 2D wave, which was amplified due to a convective elliptical instability.

Low mass, self-gravitating accretion disks admit quasi-steady, "gravito-turbulent" states in which cooling balances turbulent viscous heating. However, numerical simulations show that gravito-turbulence cannot be sustained beyond dynamical timescales when the cooling rate or corresponding turbulent viscosity is too large. The result is disk fragmentation. We motivate and quantify an interpretation of disk fragmentation as the inability to maintain gravito-turbulence due to formal secondary instabilities driven by: (1) cooling, which reduces pressure support; and/or (2) viscosity, which reduces rotational support. We analyze the axisymmetric gravitational stability of viscous, non-adiabatic accretion disks with internal heating, external irradiation, and cooling in the shearing box approximation. We consider parameterized cooling functions in 2D and 3D disks, as well as radiative diffusion in 3D. We show that generally there is no critical cooling rate/viscosity below which the disk is formally stable, although interesting limits appear for unstable modes with lengthscales on the order of the disk thickness. We apply this new linear theory to protoplanetary disks subject to gravito-turbulence modeled as an effective viscosity, and cooling regulated by dust opacity. We find that viscosity renders the disk beyond similar to 60 au dynamically unstable on radial lengthscales a few times the local disk thickness. This is coincident with the empirical condition for disk fragmentation based on a maximum sustainable stress. We suggest turbulent stresses can play an active role in realistic disk fragmentation by removing rotational stabilization against self-gravity, and that the observed transition in behavior from gravito-turbulent to fragmenting may reflect instability of the gravito-turbulent state itself.

We use recently published redshift space distortion measurements of the cosmological growth rate, f sigma(8)(z), to examine whether the linear evolution of perturbations in the R-h = ct cosmology is consistent with the observed development of large-scale structure. We find that these observations favour R-h = ct over the version of Lambda cold dark matter (Lambda CDM) optimized with the joint analysis of Planck and linear growth rate data, particularly in the redshift range 0 < z < 1, where a significant curvature in the functional form of f sigma(8)(z) predicted by the standard model-but not by R-h = ct-is absent in the data. When Lambda CDM is optimized using solely the growth rate measurements; however, the two models fit the observations equally well though, in this case, the low-redshift measurements find a lower value for the fluctuation amplitude than is expected in Planck Lambda CDM. Our results strongly affirm the need for more precise measurements of f sigma(8)(z) at all redshifts, but especially at z < 1.

Les contraintes économiques, environnementales et sociétales de ces vingt dernières années notamment dans les domaines de l’énergie et des transports ont débouché sur le développement de nouvelles technologies faisant intervenir la combustion pauvre et prémélangée. Ce mode de combustion à partir d'un mélange homogène conduit à des températures de flamme plus faibles qui permettent de réduire les émissions d'oxydes d'azote tout en limitant la production d'oxydes de carbone. Pour autant, la combustion pauvre prémélangée présente le désavantage d’être sensible à toute forme de couplage notamment acoustique, menant à des instabilités de combustion. Ces instabilités sont largement étudiées, mais restent très difficiles à prévoir car elles font intervenir de nombreux phénomènes physiques multi-échelles. Dans la plupart des cas les oscillations résultent d’un couplage résonant entre la dynamique de la combustion et l’acoustique du système. Les conditions aux limites acoustiques du système déterminent la structure du champ de pression dans l’installation, ainsi que les flux acoustiques entrants et sortants. Malgré son importance, l’influence des conditions aux limites n’est pas toujours bien comprise et prise en compte et elle ne fait pas l’objet d’études systématiques. Les conditions aux limites acoustiques ne sont pas faciles à déterminer expérimentalement sur des configurations pratiques et leur contrôle est rarement envisagé. L’objectif de ce travail est donc de répondre à ce manque d’information, en étudiant sur un banc de combustion turbulente (CTRL-Z) l’influence de la condition acoustique d’entrée sur les oscillations de combustion auto-entretenues qui apparaissent dans la chambre de combustion. Un système de contrôle a été développé pour piloter l’impédance du système de prémélange de façon passive, sans modification des conditions de fonctionnement ou de la géométrie du brûleur. Ce système de contrôle d’impédance (ICS, « Impedance Control System ») s’appuie sur une utilisation de plaques perforées faiblement poreuses, au travers desquelles circule un écoulement. Un piston mobile permet de piloter la profondeur de la cavité résonante formée en amont des plaques, et ainsi de piloter leurs impédances. L’impédance de ces plaques perforées a été étudiée pour de faibles et de forts niveaux d’excitation acoustique, et un critère de transition entre les régimes linéaire et non-linéaire a été déterminé. L’ICS a été optimisé pour permettre un contrôle du module du coefficient de réflexion de 0 à 1 sur une large plage de fréquences (100 à 1000 Hz) et de niveaux d’amplitude de perturbations (100 à 150 dB) couvrant ainsi la gamme des instabilités thermoacoustiques classiques. L’ICS est utilisé pour contrôler l’impédance d’entrée du système de prémélange du banc CTRL-Z, en regard de la zone de combustion. L’analyse spectrale des fluctuations de pression et de dégagement de chaleur en fonction de l’impédance d’entrée démontre qu’il est possible d’obtenir un amortissement de l’instabilité principale pouvant atteindre 20 dB. Ces résultats sont confirmés par une estimation au premier ordre d’un bilan d’énergie acoustique prenant en compte le terme source dû à la combustion ainsi que les flux acoustiques en amont et aval de la zone de flamme. Ce bilan démontre par ailleurs l’importance du flux d’énergie transmis vers l’amont, du même ordre de grandeur que le terme source, et souligne la nécessité de prendre en compte ces flux pour déterminer correctement le taux de croissance de l’énergie. Finalement, une analyse acoustique de l'installation a été menée pour déterminer la nature des modes d'instabilités observés et pour examiner les conditions nécessaires au bon fonctionnement de l'ICS. / Combustion instabilities induced by a resonant flame-acoustic coupling are commonly observed in most applications of combustion from gas turbines to domestic or industrial boilers. These oscillations are detrimental by nature, and are still very difficult to predict at the design stage of a combustor. They imply numerous physical phenomena at multiple scales. They mainly result from a resonant coupling between the unsteady combustion and the acoustics of the system. The basic driving and coupling mechanisms have been extensively studied: acoustics in complex geometries and combustion dynamics of turbulent swirled flames are now reasonably well understood. However the effects of the acoustic boundary conditions on the system stability are less well documented, as they are not easy to access or to control in practical systems. They are however of prime importance as they determine the acoustic fluxes at the inlets and outlets of the combustor, as well as the preferential eigenfrequencies of the system. The main objective of this study is to investigate experimentally the influence of the inlet boundary condition of a generic turbulent burner on the observed self-sustained thermoacoustic oscillations. To carry out this investigation, a passive control solution has been developed. An innovative use of perforated panels with bias flow backed by tunable cavities allows to control the acoustic impedance at the inlet of a lean swirled-stabilized staged combustor (CTRL-Z facility). This impedance control system (ICS) has been initially designed and tested in a high load impedance tube. This facility also allowed to develop a robust impedance measurement technique, along with experimental protocols to measure acoustic velocities and fluxes. The acoustic response of perforates in both linear and nonlinear regimes was investigated as function of the plate porosity, bias flow velocity, back-cavity depth and incident pressure wave amplitude and frequency. The transition between the linear regime and the detrimental nonlinear regime has been linked to the perforates geometrical and operational parameters. As a result the ICS enables control of its acoustic reflection coefficient from 1 to 0 in a wide frequency range, 100 to 1000 Hz, for low and large incident pressure amplitudes (from 100 to 150 dB). The ICS, once implemented on the CTRL-Z facility, allowed to passively control the inlet boundary condition of the combustion rig. The impedance measurement technique was successfully used in harsh combustion situations, with high noise levels, to obtain in-situ measurements of the ICS impedance. Spectral analysis of the pressure and heat-release rate fluctuations demonstrated damping of the main self-sustained oscillation by up to 20 dB. A quantitative estimation of the acoustic energy balance was then obtained, highlighting the importance of the inlet acoustic flux. In this configuration, this term is of the same order of magnitude as the driving Rayleigh source term. Finally, an acoustic analysis of the combustion rig was led to determine the nature of the observed combustion instabilities modes and examine conditions required for an effective use of the ICS.

L'objectif de cette thèse est d'étudier la formation de tourbillons dans la zone morte des disques protoplanétaires. Un code numérique 3D compressible a été mis au point et utilisé pour cette étude. Deux instabilités hydrodynamiques sont envisagées pour former les tourbillons: l'instabilité de Rossby et l'instabilité barocline.La première entraine la fragmentation d'une sur-densité annulaire en une chaîne de tourbillons qui se rattrapent les uns les autres et finissent par fusionner en un seul tourbillon qui reste stable sur de très longues durées lorsque son rapport d’aspect est suffisamment grand, et possède une structure quasi bidimensionnelle. En revanche, les tourbillons tridimensionnels de petits rapport d'aspect sont affectés par l’instabilité elliptique qui les détruits en quelques rotations. Seuls persistent ceux de grand rapport d'aspect.L'instabilité barocline, fondamentalement non linéaire, produit des tourbillons à partir de perturbations d'amplitude finies ; ces tourbillons sont ensuite amplifiés et fusionnent en tourbillons plus gros si le disque est stratifié de façon instable et s’il permet aussi le transfert de chaleur. Deux types de transfert thermique ont été envisagés pour étudier cette instabilité qui conduit alors à des différences significatives dans la structure des tourbillons formés. Le rapport d'aspect étant lié à la vorticité, l'amplification des tourbillons se traduit par une diminution de leur rapport d'aspect, et les rend donc sujet à l'instabilité elliptique. Cependant, ils ne sont pas détruit et gardent une structure tourbillonnaire grâce à l'amplification barocline. / The objective of this thesis is to study the formation of vortices in the dead-zone of protoplanetary disks. A 3D compressible numerical code has been performed and used for this study. Two hydrodynamical instabilities are considered for vortex formation: the Rossby wave instability and the baroclinic instability.The first one leads tp the fragmentation of an annular bump into a chain of vortices that catch one another and merge in a single vortex; this vortex remains stable on very long durations when its aspect ratio is large enough and has a quasi two-dimensional structure. In contrast, tridimensional small aspect ratios vortices are affected by the elliptical instability and are destroyed in a few rotation periods. Only vortices with large aspect ratios can survive.The baroclinic instability, a basically non-linear one, can produce vortices from small amplitude perturbations; these vortices are then amplified and merge in bigger vortices if the disk is unstably stratified and also permits heat transfer. Two types of heat transfer have been considered leading to significant differences in the structures of the resulting vortices. As aspect ratio and vorticity are strongly related, the baroclinic amplification reduces the aspect ratio and, so, make the vortex sensitive to the elliptical instability. However, such vortices are not destroyed and keep a vertical structure thanks to the baroclinic amplification.

The Sun ionizes a small fraction of Earth's atmosphere above roughly 60 km, producing the plasma that constitutes the ionosphere. Radio signals passing through the ionosphere scatter off of plasma density structures created by the Farley-Buneman instability (FBI). While numerous studies have characterized the FBI's intrinsic nature, its evolution within the broader context of the surrounding plasma remains enigmatic. This dissertation answers two fundamental questions about the FBI: How does it interact with density gradients? How does its non-linear evolution depend on the background plasma? The fourth chapter examines the combined development of the FBI and the gradient drift instability (GDI) using a 2-D simulation of the equatorial ionosphere. A half-kilometer wave perturbs a plasma layer perpendicular to the ambient magnetic field, causing the perturbed layer to develop GDI waves along the gradient aligned with the ambient electric field, as well as FBI waves in a region where the total electric field exceeds a certain threshold. Early radar observations suggested that these two instabilities were distinct phenomena; the reported results illustrate their coupled nature. The fifth chapter presents 2-D simulations in which a one-kilometer plasma wave develops an electric field large enough to trigger meter-scale waves. Such large-scale waves arise via the GDI within the daytime ionospheric gradient around 100-110 km. Typical ionospheric radars only observe meter-scale irregularities but observations show meter-scale waves tracing out larger structures. Simulated meter-scale FBI in the troughs and crests of kilometer-scale GDI matches radar observations of the daytime equatorial ionosphere, answers a question about electric-field saturation raised by rocket observations in the 1980s, and predicts an anomalous cross-field conductivity important to magnetosphere-ionosphere (M-I) coupling. The sixth chapter of this dissertation presents 3-D simulations of the FBI at a range of altitudes and driving electric fields appropriate to the auroral ionosphere, where it plays a role in M-I coupling. Research has thoroughly established the linear theory of FBI but rigorous analysis of radar measurements requires an understanding of the turbulent stage. These simulations explain the change in instability flow direction with altitude, with regard to the direction of background plasma flow.

Ces travaux de recherche portent sur la caractérisation des phénomènes instationnaires associés aux écoulements décollés induits à la fois par un gradient de pression adverse et un effet de courbure. Ce type de décollement est très couramment rencontré, en particulier dans le secteur des transports. Cette étude repose sur une approche purement expérimentale réalisée en canal hydrodynamique à l’aide de techniques de mesure non intrusives permettant de ne pas dénaturer la dynamique très sensible du phénomène de décollement de couche limite. Le décollement est, dans notre cas de figure, provoqué par un obstacle 2dne présentant pas de rupture de pente. Le régime d’écoulement étudié est principalement turbulent et la gamme des nombres de Kármán analysée s’étale de 60 à 730. L’objectif principal de cette étude est d’évaluer les effets Reynolds sur l’étendue et l’existence même du phénomène de décollement de couche limite, mais également sur la dynamique des instabilités, identifiées à plus bas régime dans la littérature. Les mesures effectuées dans le cadre de ces travaux ont tout d’abord permis de constituer une base de donnéesexpérimentale étoffée, et d’établir que le décollement de couche limite ainsi que les instabilités induites par celui-ci, identifiées en régime laminaire, persistent à plus haut nombre de Kármán. Les fréquences associées aux instabilités ont également été identifiées ainsi que les paramètres caractéristiques pilotant leur dynamique. La dynamique spatio-temporelle de ces instabilités et en particulier celle du phénomène debattement du bulbe décollé a été détaillée notamment par le biais d’une analyse stochastique. Finalement, la répartition relativement étendue des grandes échelles tourbillonnaires associées aux mécanismes instables (soulignée notamment par leur émergence spectrale large bande) a également été mise en évidence, ainsi que certains phénomènes dynamiques secondaires. L’ensemble de ces résultats et en particulier l’identification des paramètres clés pilotant la dynamique du décollement de la couche limite s’avèreront très utiles en vue de concevoir par la suite des modèles simplifiés reproduisant le plus fidèlement possible la dynamique des décollements afin de mieux pouvoir les contrôler. / These investigations concern the characterization of unsteady phenomena associated to the boundary layer separation induced by both an adverse pressure gradient and a curvature effects. This kind of separation is very usual, particularly in the transport field. This study, essentially based on an experimental approach, is carried out in an hydrodynamic channel using non intrusive measurement techniques. They respect the very sensitive dynamics of the boundary layer separation phenomenon. The separation is, in our case, induced by a 2d obstacle without sharp corner. The studied flow regime is mainly turbulentand the analyzed Kármán number ranges from 60 to 730. The main aim of this study is to estimate the Reynolds number effects on the boundary layer separation length and even on the existence of such phenomenon, but also on the instabilities dynamics, identified in the literature especially for laminar flow regime. The measurements made within the framework of these works allowed, first to built a large experimental database, and secondly to establish that the boundary layer separation and also the associate instabilities, identified for laminar flow, persist even for higher Kármán number. The frequencies associated to the instabilities phenomena have been also identified as well as the characteristic parameters driving their dynamics. The instabilities space-time dynamic, in particular those of the flapping phenomenon were detailed using stochastic analysis. Finally, the large scales distribution associated with the unstable mechanisms (underlined by their spectral broadband frequency range) were also highlighted, as well asothers secondary dynamic phenomena. All these results, especially the identification of the key parameters driving the boundary layer separation, will turn out very useful to design afterward simplified models reproducing as faithfully as possible the separation dynamics and to be able to control them better.

On s’intéresse dans ce travail à la convection thermique en présence de champ magnétique, en lien avec les essais Vulcano du CEA de Cadarache. Ces essais ont pour but de reproduire en laboratoire les écoulements générés par un chauffage volumique dues aux matières radioactives issues d’accidents nucléaires. Le chauffage par induction électromagnétique de ces fluides permet de simuler en laboratoire la puissance volumique des désintégrations nucléaires en évitant l’utilisation de matériaux radioactifs. Néanmoins, ce forçage électromagnétique génère un couplage entre l’écoulement fluide et le champ magnétique, par la force de Lorentz d’une part, et d’autre part le chauffage volumique par effet Joule se concentre dans l’épaisseur de peau. De plus, il peut y avoir dans ces essais présence d’une phase dispersée métallique qui risque de perturber le chauffage inductif de la phase continue (oxyde). Il est nécessaire d’étudier comment ces effets d’origine électromagnétique modifient l’écoulement. À plus petite échelle, les phénomènes magnétiques en jeu peuvent être reproduits grâce à des métaux liquides à température ambiante. Lorsqu’un champ magnétique harmonique est appliqué à la frontière d’un métal liquide, l’effet stabilisant de la force de Lorentz sera prépondérant devant l’effet Joule à basses fréquences, alors que l’effet Joule devient significatif à hautes fréquences. On considère alors plusieurs situations canoniques permettant d’analyser l’effet d’un champ magnétique constant DC et alternatif AC sur un écoulement de convection naturelle monophasique, ou en présence d’une phase dispersée très conductrice. Une première partie est consacrée à l’étude expérimentale d’une méthode de vélocimétrie acoustique sur une cellule de convection naturelle en eau. Par comparaison avec des mesures de vitesse par imagerie de particules (PIV) et des simulations numériques directes (DNS), cela a permis de valider la méthode acoustique en vue de futures expériences en métal liquide. Une seconde étude est dédiée à l’analyse numérique de l’instabilité de Rayleigh-Bénard en présence d’un champ magnétique DC vertical. Les taux de croissance sont déterminés par analyse de stabilité linéaire pour des nombres de Hartmann 0 _ Ha _ 100 et des nombres de Rayleigh 103 _ Ra _ 1.5 × 105. Ces prédictions sont confirmées par DNS. En régime stationnaire, l’analyse des DNS a permis de mettre en évidence un effet marqué de la force de Lorentz sur les structures, à travers leur nombre d’onde et leur orientation. La troisième configuration étudiée est le chauffage inductif d’une couche de métal liquide en imposant un champ magnétique harmonique au niveau de la paroi basse pour des nombres de Rayleigh proportionnels à la puissance déposée 1.1×104 _ Ra _ 1.2×105 et pour des épaisseurs de peau inférieures à la moitié de l’épaisseur de liquide. Dans ce cas, les courants induits sont dissipés par effet Joule sur l’épaisseur de peau. La prédiction des taux de croissance requiert l’utilisation de méthodes adaptées car ici le développement de l’instabilité est concomitant à la conduction instationnaire de la chaleur. Malgré la perte de symétrie des équations introduite par le terme source d’effet Joule, l’écoulement présente une symétrie de réflexion apparente, que ce soit en régimes transitoire ou stationnaire. Cela est lié au brassage conséquent par convection naturelle. Enfin une situation modèle de particules métalliques immergées dans un liquide transparent au champ magnétique est étudiée. Ici, l’énergie magnétique est dissipée sous forme thermique dans les particules, qui transmettent toute leur chaleur au fluide. Des mouvements convectifs se mettent alors en place. La convection est décrite par la concentration relative en particules. Selon les valeurs des paramètres, on observe la formation d’amas de particules en réponse au panache qu’elles génèrent. / In this work, we study thermal convection in the presence of magnetic field in connection with the Vulcano tests at CEA Cadarache. These tests aim at reproducing in the laboratory the behavior of fluids that result from a severe nuclear accident, while avoiding the use of radioactive materials. Induction heating is used to mimic in the laboratory the volume power of nuclear disintegrations. However, there is a parasitic coupling between the flow and the magnetic field (Lorentz force) on the one hand, and on the other hand the concentration of Joule dissipation in the skin layer, while it is homogeneous in a real case. Moreover, the presence of a dispersed metallic phase may interfere with the induction heating of the continuous phase (oxide). At smaller scales, the magnetic phenomena at play can be simulated with liquid metals at room temperature. When a magnetic field is applied at the boundary of a liquid metal, the stabilizing role of the Lorentz force will dominate at very low frequencies, whereas the Joule effect will be significant at high frequencies. Here, we consider several generic configurations that allow to analyze the action of DC or AC magnetic fields on natural convection, for a single phase flow or in the presence of a dispersed phase. The first part is devoted to the experimental study of an acoustic velocimetry method in the case of natural convection in water. The comparison of particle imaging velocimetry (PIV) data along with direct numerical simulations (DNS) allowed the validation of the acoustic method. In the future, experiment in liquid metal will be performed. A second part is dedicated to the numerical analysis of the Rayleigh-Bénard instability in the presence of vertical DC magnetic field. Growth-rates are determined by linear stability analysis for Hartmann numbers 0 _ Ha _ 100 et Rayleigh numbers 103 _ Ra _ 1.5×105. These predictions are confirmed by DNS. In the steady regime, DNS showed a strong effect of the Lorentz force on flow structures, through the modulation of the wavenumber and the structures orientation. The third configuration is the induction heating of a liquid metal layer by impressing an AC magnetic field at the bottom, for power Rayleigh numbers 1.1×104 _ Ra _ 1.2×105 and for skin depths lower than half of the liquid thickness. The prediction of the growth-rates requires to use an adapted method to account for the simultaneous development of the transient heat conduction. Although the Joule dissipation source term breaks the mirror symmetry of the governing equations, the flow exhibits an apparent reflectional symmetry, both in the transient and in the stationary regimes. This is a consequence of the mixing induced by the natural convection. Finally, a model situation of metallic particles immersed in a fluid transparent to the magnetic field is studied. Here the magnetic energy is dissipated in thermal form in the particles, which then transfer their heat to the fluid. As a result, buoyant motion then sets in. Depending on the parameters values, we observe the formation of clusters in response to the thermal plume that they generate.

Ce travail de thèse porte sur les instabilités dans les structures minces hyperélastiques. Nous analysons les mécanismes de sélection du motif de flambement dans un solide prismatique fortement pré-contraint. Pour ce système, le modèle de poutre classique d'Euler-Bernoulli n'est pas pertinent du fait de cette forte précontrainte et il est nécessaire de recourir à une description 3-d pour expliquer l'apparition de modes instables de petite longueur d'onde. Notre analyse, fondée sur la théorie de l'élasticité finie incrémentale, montre que la longueur typique du motif de flambement est sélectionnée par l'importance relative de la pré-contrainte et du rapport d'aspect du solide prismatique. Nous nous interrogeons ainsi sur les limites du modèle classique et proposons une piste de réflexion pour la construction de nouveaux modèles. Celle-ci repose sur un développement à deux échelles combiné aux équations d'équilibre du système formulées sous forme faible. Il est alors facile de résoudre les équations exactes à chaque ordre, ce qui donne accès à la cinématique complète du système. Nous mettons en œuvre cette méthode pour l'exemple simple d'un barreau homogène en compression, ce qui nous permet d'établir le modèle classique d'Euler-Bernoulli à partir des équations de l'élasticité 3-d. La dernière partie de ce travail de thèse porte sur l'étude du flambement de systèmes invariants d'échelle : l'étude expérimentale et numérique de la compression d'un prisme à base triangulaire met en lumière une transition inédite d'un mode de flambement étendu vers des motifs localisés. / This Ph.D. work deals with buckling instabilities arising in thin hyper-elastic structures. We focus on instabilities arising in a prismatic solid submitted to finite incompatible pre-strains. We observe that the traditional 1-d Euler-Bernoulli beam model is not applicable to such a system because of the finite inhomogeneous pre-stress. The latter triggers short-wavelength instabilities that are note described by the classical 1-d models. We rely on the 3-d elasticity theory and propose a quantitative criterion on the ratio between the pre-stress and the cross-sectional aspect-ratio of the prismatic solid, that predicts the typical wavelength of the buckling pattern. This work questions the validity of classical 1-d models and suggests that extensions of these models are possible. We propose a method for the systematic derivation of reduced models. It relies on asymptotic expansions of the variational formulation of the equilibrium equations, starting from the complete expression of the energy. In this framework, kinematics can be entirely determined by solving the exact equations, order by order. We successfully apply this method to a homogeneous and isotropic beam submitted to a homogeneous compression and recover the classical Euler-Bernoulli beam model. In a last part of the manuscript we investigate the transition from extended wrinkling to localized creasing in a scale-invariant system made of a prismatic solid with a triangular cross-section, both experimentally and numerically.