L'objet principal de cette thèse est d'étudier divers aspects de l'évolution d'un champ scalaire ou vectoriel, transporté par un champ de vitesse dont la statistique est donnée indépendamment du champ advecté. Ce faisant, on est amené également à étudier les courbes intégrales du champ de vitesse, appelées trajectoires Lagrangiennes. Après une introduction synthétique, plusieurs modèles et problèmes sont abordés. Notre modèle principal - baptisé après R. H. Kraichnan - suppose des champs de vitesse gaussiens delta-corrélés en temps. Sont étudiés les cas où la structure spatiale du champ de vitesse est soit lisse soit brownien fractionnaire (multidimensionnel). Un modèle où le champ de vitesse est corrélé en temps est également abordé. Parmi les problèmes étudiés sont les secteurs anisotropes de la quantité advectée, l'apparition d'intermittence spatiale, ou encore différents passages à la limite dans la statistique du champ de vitesse.

Une caractéristique remarquable de la convection de Rayleigh-Bénard qui concerne une couche de fluide horizontale chauffée par le bas et refroidie par le haut, est l’établissement spontané de l’ordre spatial et la formation d’une circulation cohérente à grande échelle. Comment les différents facteurs, tels que la géométrie du domaine et les conditions limites, influencent l’écoulement à grande échelle, restent une question ouverte. Malgré sa simplicité apparente, la convection de Rayleigh-Bénard présente une dynamique à grande échelle incroyablement riche et complexe, tels que des modes de torsion et du battement, la rotation du plan et des cessations de la circulation, qui coexistent souvent et se concourent. Une approche couramment utilisée dans l’étude des cessations, consiste à contraindre la circulation à grande échelle à un plan en limitant le domaine fluide à une cellule carrée (2D) ou à une cellule rectangulaire mince (quasi-2D). Cependant, il n’est pas tout à fait clair si les retournements 2-D et (quasi-)2-D correspondent au même phénomène. Le présent document est consacré à l’étude des modes d’écoulement à grande échelle dans la convection turbulente de Rayleigh-Bénard et de l’influence exercée par différents facteurs sur les structures d’écoulement et sur leur évolution temporelle. La caractérisation proposée combine une analyse statistique avec une approche physique s’appuyant sur le moment angulaire ainsi que sur les énergies cinétiques et potentielles pour mettre en évidence les mécanismes physiques sous-jacents. Nous essayons ensuite de relier ces mécanismes à chacun des modes d’écoulement distinctifs observés et à leur évolution. / One outstanding feature of the Rayleigh-Bénard problem which concerns a horizontal fluid layer heated from below and cooled from above, is the spontaneous establishment of spatial ordering and the formation of a coherent large-scale circulation. How different factors, such as the domain geometry and boundary conditions, influence the sizes and shapes of the large-scale flow remains an open question. Despite its apparent simplicity, Rayleigh-Bénard convection exhibits some incredibly rich and complex large-scale dynamics such as torsional modes, rotation, sloshing, and cessations, which often coexist and compete to each other. One approach, commonly used in the study of cessations is to constrain the large scale circulation to a plane by restricting the fluid domain to a (2-D) square cell or to a slim rectangular cell of small aspect ratio in the transversal direction. However, it is not entirely clear whether the 2-D and (quasi-)2-D reversals correspond to the same phenomenon. The present document is dedicated to the study of the large-scale flow patterns in turbulent Rayleigh-Bénard convection, and of the influence exerted by different factors on the flow structures and on their temporal evolution. The proposed characterization combines a statistical analysis with a physical approach relying on the angular momentum as well as the kinetic and potential energies to highlight the underlying physical mechanisms. We subsequently attempt to tie these mechanisms together to each of the distinctive flow patterns observed and to their evolution.

Disturbance is a central factor shaping composition, structure, and dynamics of local communities. Drying is a disturbance that occurs in aquatic ecosystems globally and can strongly influence their communities. Although the effects of drying may depend on ecosystem connectivity and the dispersal abilities of resident species, there have been no comparisons of community responses to drying between lentic and lotic ecosystems across different climates. Here, we predicted that drying would have stronger effects on aquatic communities in isolated lentic ecosystems than in dendritic lotic ecosystems, owing to the higher hydrological connectivity of the latter, and that drying would have stronger effects on passive than on active dispersers, because of the potentially higher recolonizing ability of the latter. We tested these predictions by comparing alpha diversity, phylogenetic relatedness, and beta diversity for active and passive dispersers, in both ecosystem types across five climatic regions. Drying caused greater declines in alpha diversity in lentic than in lotic ecosystems. Communities that experienced drying were more similar to one another than those of perennial sites, and this pattern was especially pronounced in lentic ecosystems. In contrast, drying did not influence the contributions of turnover and richness gradients to beta diversity. Additionally, dispersal mode did not influence community responses to drying. Relatively weaker effects of drying in lotic compared to lentic systems were likely due to the hydrological connectivity among perennial and temporary river sites, which may facilitate dispersal of organisms to escape drying and recolonize rewetted sites. Collectively, our results suggest that habitat connectivity may ameliorate (and fragmentation may worsen) the impacts of drying disturbance. This is an important finding in light of increasing drying and concomitant aquatic habitat fragmentation under global change.

Les Transformation Martensitiques (TM) sont des transitions du premier ordre entre des phases cristallines qui caractérisent une classe intéressante de matériaux intelligents, les Alliages à Mémoire de Forme (AMF). Ces alliages métalliques furent découverts dans les années 1930 environ. Ils sont surtout intéressants car ils combinent deux effets particuliers : l'effet de mémoire de forme et la pseudo-élasticité. L'effet mémoire de forme consiste à mémoriser une configuration particulière et la retrouver après des cycles thermiques ou mécaniques. La Pseudo-Elasticité consiste à rejoindre des niveaux de déformation très grands qui sont, en général, plus typiques du caoutchouc que des métaux. Dans cette thèse, nous avons traité la caractérisation des transformations martensitiques en analysant des points de vue différents. La compréhension du fonctionnement des AMFs est fondamentale pour plusieurs types d'applications industrielles. Elle constitue encore un domaine de recherche très ouvert. (...) / This thesis deals with the characterization of Martensitic Transformations (MT) that are first order phase transitions among different solid states with different crystalline structures. These transitions are at the basis of the behavior of a class of smart materials, called Shape Memory Alloys (SMA). This work combines an experimental study of a mechanically-induced martensitic transformation in a Cu-Al-Be single crystal and a macroscopic model for the reproduction of permanent effects in cyclic temperature-induced and stress-induced transitions. From the experimental point of view, the novelties are in the device that has been built and used for the test and in the full-field measurement technique at the basis of the data treatment. The especially designed gravity-based device allows for a uni-axial and uni-directional tensile test with slow loading rates. Simultaneously, the full-field measurement technique, known as grid method, provides high-resolution two-dimensional strain maps during all the transformation. With all the data collected during the test, we characterize for the first time the two-dimensional strain intermittency in a number of ways, showing heavy-tailed distributions for the strain avalanching over almost six decades of magnitude. In parallel, we develop a macroscopic mathematical model for the description of fatigue and permanent effects in several kinds of martensitic transformations. We show an easy way to calibrate the model parameters in the simple one-dimensional case. Moreover, we compare the numerical results with experimental data for different tests and specimens and obtain a good qualitative agreement.

Le séchage est une opération industrielle complexe faisant intervenir des phénomènes de transport de masse et de chaleur à différentes échelles. Bien que cette opération permette d’éviter le gaspillage alimentaire en augmentant la durée de conservation et la facilité de la manutention, elle est consommatrice d’énergie et mène à la détérioration de nombreux produits, particulièrement les produits alimentaires. La finalité de cette recherche est de proposer des améliorations technologiques qui ont pour but d’intensifier les procédés de séchage agro-alimentaire dans une optique de réduction de la consommation d’énergie et d’amélioration de la qualité des produits. Pour ce faire, la compréhension des phénomènes se déroulant au cours du séchage des grains de levure doit être améliorée. Les levures, organismes vivants séchés sous forme de grains sphériques ou cylindriques formant un réseau poreux, sont sensibles à la température de séchage et à la déshydratation. Deux techniques encourageantes qui pourraient augmenter conjointement l’efficacité énergétique et la qualité des levures sont investiguées :le séchage en présence de matériel de support solide, plus précisément de farine, et le séchage en régime intermittent. L’influence de la farine, un matériel de support solide, sur la cinétique de séchage des grains de levure et sur la qualité des levures est caractérisée à l’aide d’expériences de séchage (partiel et complet) en séchoir tunnel. Pour des grains de levure contenant différentes quantités de farine de blé, l’évolution du contenu en eau, de la température de surface, des dimensions des grains de levure ainsi que de l’activité fermentaire des levures a été mesurée au cours du séchage. En parallèle de ces expériences, un modèle de cinétique de séchage a été développé et confronté avec succès aux résultats expérimentaux. L’analyse combinée des résultats expérimentaux et de la modélisation donne un aperçu clair des phénomènes se déroulant pendant le séchage de grains de levure comprenant un matériel de support solide. Les résultats observés mettent en évidence que l’ajout de farine de blé induit une augmentation de la vitesse de séchage et une diminution de la qualité en fin de séchage bien qu’il ne semble pas avoir d’impact sur la qualité des levures fraiches, avant séchage. L’influence de la redistribution de l’humidité par diffusion au sein de matériaux granulaires sur la cinétique de séchage en régime intermittent a été évaluée à l’aide de deux approches de modélisation :une approche continue et une approche de cœur humide rétrécissant. L’influence de la durée d’un cycle et de la proportion de séchage dans ce cycle, les deux paramètres caractérisant l’intermittence, est analysée de manière approfondie à l’aide de ces modèles. En comparant la dynamique du séchage intermittent au séchage stationnaire, des particularités ont été mises en évidences: trois régions différentes ont été identifiées dont une région de travail qui semble particulièrement avantageuse. Les prédictions des modèles permettent de mettre en évidence des meilleures stratégies et pratiques de séchage et donc de sélectionner les conditions opératoires les plus pertinentes afin d’améliorer l’efficacité énergétique sans augmenter substantiellement la durée totale du séchage par rapport à un séchage continu. En parallèle, l’évaporation, le transport capillaire et la gravité peuvent influencer la dynamique du liquide lors du séchage d’un milieu poreux. C’est pourquoi, la compétition entre l’imbibition capillaire, la gravité et l’évaporation au sein d’un milieu poreux est analysée. Un modèle analytique général pour la dynamique d’un front liquide dans un milieu poreux considérant les effets combinés de ces trois mécanismes est établi. Il met en évidence que deux nombres sans dimension contrôlent la dynamique du front liquide dans un milieu poreux :le nombre capillo-gravitaire G et le nombre d’évaporation E. Selon les valeurs de ces deux nombres sans dimension, le front liquide peut exhiber 7 régimes de dynamiques, classés en trois types de comportements. L’influence des propriétés des milieux liquides et poreux, ainsi que des conditions atmosphériques sur les valeurs des nombres sans dimension est également présentée. Finalement, l’intermittence est étudiée à l’échelle du séchoir à travers l’exploration d’un séchoir intrinsèquement intermittent :le séchoir rotatif aéré. L’écoulement solide au sein de ce séchoir est caractérisé au moyen d’un modèle couplant la méthode des éléments discrets (DEM) à la mécanique des fluides numérique (CFD). Quelques situations permettant de comparer la différence de comportement des particules et de leur distribution entre le début et la fin du séchage sont considérées. Une analyse comparative est menée. Néanmoins pour une analyse plus approfondie, il serait pertinent de lever les limitations de la méthode proposée. L’étude de la dynamique d’écoulements et de la distribution des particules solides souligne qu’une pseudo fluidisation du lit de grains de levure a lieu. Elle permet également d’estimer les deux paramètres caractérisant l’intermittence. Les résultats des simulations des différentes situations envisagées ont notamment permis de montrer que les variations de la taille et du poids des particules entrainent une variation significative de la dynamique d’écoulement au sein du séchoir rotatif aéré. Un modèle macroscopique décrivant la cinétique de séchage en se basant sur les simulations d’écoulement des grains de levure au sein du séchoir est suggéré. Ce modèle doit encore être validé et peut-être ajusté en conséquence. / Drying is a complex industrial operation involving mass and heat transport phenomena at various length scales in a multiphase system. Although this operation avoids food waste by increasing shelf life and ease of handling, it is energy consuming and leads to the deterioration of many products and particularly food products. The overall goal of this research is to propose technological improvements to intensify food drying processes in an effort to reduce energy consumption and to improve products quality. For this purpose, the understanding of the phenomena occurring during the drying of yeast pellets needs to be improved. Yeasts, living organisms dried in the form of spherical or cylindrical pellets forming a porous network, are sensitive to drying temperature and dehydration. Two promising techniques that could simultaneously increase energy efficiency and yeast quality are being investigated: drying in the presence of solid carrier, more precisely flour, and intermittent drying. The influence of the flour, a solid carrier, on the drying kinetics of the yeast pellets and on the quality of the yeast is characterized through drying experiments (partial and complete) in a tunnel dryer. For yeast pellets containing different amounts of flour, the evolution of water content, surface temperature, size of the yeast pellets as well as the fermentation activity of the yeast were measured throughout the drying process. In the meantime, a drying kinetics model was developed and successfully compared to the experimental results. The analysis of the experimental results combined with the modeling give an insight of the phenomena taking place during the drying of yeast pellets with a solid carrier. The results indicate that the addition of flour induces an increase in the drying rate and a decrease in quality at the end of the drying, but it does not seem to impact the quality of the fresh yeast before drying. The influence of moisture redistribution by diffusion within granular materials on drying kinetics of intermittent processes was evaluated using two modeling approaches: a continuous approach and a shrinking core approach. These models provide a comprehensive analysis of the influence of two parameters characterizing intermittency: the duration of a cycle and the proportion of drying in this cycle. Three regimes that can be encountered in the dynamics of intermittent drying when compared to stationary drying have been identified. The model predictions allow to highlight the best drying strategies and practices and thus to select the most relevant operating conditions to improve energy efficiency without significantly increasing the total drying time compared to continuous drying. In parallel, evaporation, capillary imbibition and gravity may influence the liquid dynamics during the drying of a porous medium. This is why, the competition between capillary imbibition, gravity and evaporation within a porous medium is analyzed. Considering the combined effects of these three mechanisms, a general analytical model for the dynamics of a liquid front in a porous medium is established. It shows that two dimensionless numbers control the dynamics of the liquid front in a porous medium: a gravity–capillary number G and an evaporation–capillary number E. According to the values of these two dimensionless numbers, the liquid front can exhibit 7 regimes of dynamics, classified into three types of behavior. The influence of the properties of liquid and porous media as well as atmospheric conditions on the values of the dimensionless numbers is also presented. Eventually, intermittency is studied at the dryer scale through the exploration of the roto- aerated dryer, an intrinsically intermittent dryer. The solid flow within this dryer is characterized using a model coupling the Discrete Element Method (DEM) to Computational Fluid Dynamics (CFD). A few situations allowing to compare the difference in particle behavior and particle distribution between the beginning and the end of the drying process are considered. A comparative analysis is carried out. Nevertheless it would be relevant to overcome the limitations of the proposed method for further analysis. The study of the flow dynamics and the distribution of solid particles underlines that a pseudo-fluidization of the bed of yeast pellets takes place. It also enables to estimate the two parameters characterizing intermittence. The results of the simulations of the different situations considered have shown that the variation of the size and weight of the particles leads to a significant variation in the flow dynamics within the roto-aerated dryer. A macroscopic model describing the drying kinetics based on the flow simulations of the yeast grains within this type of dryer is suggested. This model still needs to be validated and can be adjusted accordingly. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les multifractals universels (UM) sont un outil puissant et abondement utilisé d'analyse et de simulation de champs géophysiques, comme la pluie, extrêmement variables sur une large gamme d'échelle. Ils sont basés sur le concept de cascade multiplicative qui repose sur la notion physique d'invariance d'échelle pour explorer le phénomène fondamental qu'est l'intermittence. Dans ce cadre, toute la variabilité du champ est caractérisée à l'aide de simplement trois paramètres qui ont en plus une interprétation physique. Dans cette thèse on utilise ce cadre théorique pour quantifier l'impact de la variabilité à petite échelle de la pluie en hydrologie urbaine. La première étape consiste à analyser la variabilité spatio-temporelle de données radar de précipitation à l'aide d'un modèle multifractal anisotrope simple. Divers évènements pluvieux sont analysés. Un comportement scalant a été observé sur deux gammes d'échelles séparées par une rupture à 16 km qui est discutée. Ces données sont globalement en accord avec un modèle spatio-temporel simple reposant un exposant d'anisotropie entre l'espace et de temps. Les résultats suggèrent une possible universalité des paramètres UM pour les précipitations. Cette thèse aborde également un autre aspect de l'intermittence, particulièrement important pour les longues séries temporelles pluviométriques, que sont les nombreuses mesures nulles de la pluie (c'est-à-dire un pixel où aucune pluie n'est relevée), i.e. les longues périodes sèches. L'ancienne question de la source de cette intermittence, et notamment la nécessité d'un modèle dédié, est revisitée. D'abord les effets d'un seuil sur un champ multifractal sont analysés et ensuite un « toy model » qui introduit des zéros au sein du processus de cascade et conditionnellement aux valeurs du champ est développé. Cela permet d'expliquer la plupart des comportements observés, e.g. les différences entre les statistiques évènementielles et globales. L'impact de la variabilité de la pluie est analysé à travers l'étude de la sensibilité de modèles d'hydrologie/hydraulique urbaine à la donnée de pluie. Deux bassins versants essentiellement urbains (un de 3 400 ha en Seine-Saint-Denis à proximité de Paris, et un de 900 ha à Londres) modélisés avec des modèles opérationnels semi-distribués sont pris comme cas d'études. Par ailleurs le modèle distribué Multi-Hydro (en développement au LEESU) est testé sur une portion de 145 ha du cas d'étude parisien. L'impact de la variabilité à petites échelles non mesurée des précipitations (i.e. se produisant à des échelles plus petites que 1 km en espace et 5 min en temps qui sont disponibles avec les données radar à bande C) est d'abord évalué. Ceci est réalisé par la génération d'un ensemble de pluie réaliste désagrégée en continuant stochastiquement le processus sous-jacent de cascade au-delà de l'échelle d'observation, puis la simulation de l'ensemble correspondant d'hydrographes. Il apparaît que la variabilité à petites échelles de la pluie engendre une variabilité hydrologique qui ne doit pas être négligée. De plus le modèle Multi-Hydro génère une variabilité plus importante et pas seulement au niveau du pic de débit, i.e. même pour les pluies modérées. Ces résultats mettent en lumière la nécessité d'installer des radars en bande X (dont la résolution est hectométrique) en milieu urbain. Dans un deuxième temps les outils multifractals sont employés sur les pluies et les débits simulés qui présentent aussi un comportement scalant. Il apparaît que le réseau d'assainissement transmet simplement la variabilité des précipitations sans l'atténuer, au moins en termes de statistiques multifractals / The Universal Multifractals (UM) are a powerful tool which has been extensively used to analyze and simulate geophysical fields, such as rainfall, that are extremely variable over wide range of scales. It is based on the concept of cascade phenomenology that relies on the physical notion of scale invariance to explore the fundamental phenomenon of intermittency. In this framework the whole variability of a field is characterized with the help of only three parameters that are furthermore physically meaningful. In this PhD thesis we use this theoretical framework to quantify the impacts of small scale rainfall variability in urban hydrology. The first step consists in analysing radar rainfall space-time variability with the help of a simple anisotropic multifractal model. A variety of rainfall events are analyzed. It appears that a scaling behaviour was observed on two distinct ranges of scales separated by a break at roughly 16 km that is discussed. These data sets are in overall agreement with a simple space-time scaling model relying on single anisotropy exponent between space and time. The results hint at a possible universality of the UM parameters for rainfall. This thesis also explores another facet of intermittency, which is particularly important for long time series of precipitation, that of numerous zero rainfall measurements (a pixel or a time step with no recorded rainfall), i. e. long “dry” periods. We revisit the long lasting discussion on the source of this intermittency, e.g. whether it requires a specific modelling. First the effects of a threshold on a universal multifractal field are investigated and second a toy model that introduces some zeros within the cascade process conditioned by the field value is developed. This enables to explain most of the observed behaviour, e.g. the difference between event statistics and overall statistics. The impact of rainfall variability is investigated through the analysis of the sensitivity to the rainfall input of urban hydrologic-hydraulic models. Two predominantly urban catchments (a 3 400 ha one in Seine-Saint-Denis near Paris, and a 900 ha one in London) modelled with the help of operational semi-distributed models are used as case studies. The fully distributed model Multi-Hydro (under development at LEESU) is also tested on a 147 ha portion of the Paris case study. First the impact of unmeasured small scale rainfall variability (i.e. occurring at scales smaller than 1 km in space and 5 min in time which are available with C-band radar data) is evaluated. This is achieved by generating an ensemble of realistic downscaled rainfall fields by continuing the stochastic cascade process below the observation scale and then simulating the corresponding ensemble of hydrographs. It appears that the small scale rainfall variability generates significant hydrological variability that should not be neglected. Furthermore the Multi-Hydro model generates a larger variability not only during the peak flow, but during the whole event, i.e. for moderate rain rates. These findings highlight the need to implement X-band radars (whose resolution is hectometric) in urban areas. In a second part multifractal tools are used on both rainfall and simulated discharges that also exhibit a scaling behaviour. It appears that the rainfall drainage system basically transmits the rainfall variability without damping it, at least in terms of multifractal statistics

Cette thèse porte sur une série de problèmes d’efficacité économique créés par le développement de masse en Europe des sources d’énergie renouvelable (SER) intermittentes. Les ressources flexibles requises pour compenser certaines de leurs propriétés (variabilité, faible prévisibilité, sites spécifiques) sont connues, mais des signaux sont nécessaires pour en assurer un développement et des opérations efficaces. Une première question qui se pose est de savoir dans quelle mesure les SER intermittentes peuvent rester en dehors des marchés de l’électricité, alors qu’elles y jouent un rôle-clé. Une seconde question est de déterminer dans quelle mesure le design de marché actuel est adapté à un système électrique contenant une part très importante de SER intermittentes. Ces deux questions sont traitées ici dans quatre contributions indépendantes.Le premier chapitre consiste en une revue critique de littérature. On y introduit et compare deux paradigmes (qui sont souvent implicites) pour l’intégration des SER. On identifie ensuite des évolutions requises afin d’adapter le design de marché au développement de SER intermittentes, telles qu’une redéfinition des produits échangés, ou une réorganisation de la séquence de marchés.On emploie dans le deuxième chapitre un modèle analytique, afin d’évaluer le potentiel des marchés infra-journaliers pour gérer la faible-prévisibilité des SER intermittentes. Cette étude démontre comment ce potentiel est en grande partie déterminé par l’évolution des erreurs de prévision.Le troisième chapitre s’intéresse aux bénéfices qui peuvent résulter d’une restriction de la production des SER intermittentes à un instant donné. Un autre modèle analytique est utilisé pour décortiquer l’influence de paramètres clés sur ces bénéfices. Une attention particulière est portée à la distribution de ces bénéfices entre les différents acteurs.Enfin on réalise dans le chapitre 4 une simulation numérique de l’évolution des bilans des gestionnaires du réseau de transport (GRTs) européens, afin de souligner les difficultés posées par la connexion des SER intermittentes au réseau de transport. Des stratégies de financement alternatives sont également évaluées. Cette étude révèle l’existence d’un déficit de financement important en cas d’évolution constante des tarifs. / This thesis centres on issues of economic efficiency originating from the large-scale development of intermittent renewable energy sources (RES) in Europe. The flexible resources that are necessary to cope with their specificities (variability, low-predictability, site specificity) are already known, but adequate signals are required to foster efficient operation and investment in these resources. A first question is to what extent intermittent RES can remain out of the market at times when they are the main driver of investment and operation in power systems. A second question is whether the current market design is adapted to their specificities. These two questions are tackled in four distinct contributions.The first chapter is a critical literature review. This analysis introduces and confronts two (often implicit) paradigms for RES integration. It then identifies and discusses a set of evolutions required to develop a market design adapted to the large-scale development of RES, such as new definitions of the products exchanged and reorganisation of the sequence of electricity markets.In the second chapter, an analytical model is used to assess the potential of intraday markets as a flexibility provider to intermittent RES with low production predictability. This study highlights and demonstrates how the potential of intraday markets is heavily dependent on the evolution of the forecast errors.The third chapter focuses on the benefits of curtailing the production by intermittent RES, as a tool to smooth out their variability and reduce overall generation costs. Another analytical model is employed to anatomize the relationship between these benefits and a set of pivotal parameters. Special attention is also paid to the allocation of these benefits between the different stakeholders.In the fourth chapter, a numerical simulation is used to evaluate the ability of the European transmission system operators to tackle the investment wave required in order to manage the production of intermittent RES. Alternative financing strategies are then assessed. The findings reveal that under the current trend of tariffs, the volumes of investment forecasted will be highly challenging for transmission system operators.

Cette thèse, de nature expérimentale, porte sur l'étude des écoulements de matériaux mous vitreux. Laissés au repos, ces matériaux présentent, à l'instar des verres, une dynamique extrêmement lente ou éventuellement bloquée suivant leur sensibilité à l'agitation thermique; au-delà d'un seuil, ces matériaux s'écoulent comme des liquides. Autour de trois expériences simples, nous nous proposons d'étudier d'une part l'influence d'un bruit modéré, i.e. d'une perturbation de faible amplitude, sur de tels systèmes. D'autre part, nous voulons montrer que les fluctuations d'observables simples (force, vitesse, position, etc.) générées par l'écoulement contiennent de l'information sur le système. Ainsi, dans une première expérience, nous étudions la mise en mouvement délicate d'un empilement de grains (système athermique) sous l'effet de variations de température contrôlées et de faible amplitude ( amplitude <40°C). Nous montrons notamment qu'un tel bruit thermique est suffisant pour provoquer le fluage de l'empilement qui présente alors des propriétés classiques des systèmes vitreux, comme du vieillissement. De plus, nous étudions quantitativement le rôle de l'amplitude des cycles de température, et plus qualitativement celui de leur fréquence. Nous mettons enfin en évidence les perspectives particulièrement prometteuses de cette méthode de sollicitation douce. <br />Dans une deuxième expérience, nous étudions un milieu granulaire immergé dans la limite des écoulements quasi-statiques. Cet écoulement est induit par cisaillement, à contrainte normale imposée, à l'aide d'un patin. Nous montrons tout d'abord que le nombre inertiel I, paramètre sans dimension introduit récemment pour décrire les écoulements denses, n'est plus tout-à-fait pertinent pour décrire la rhéologie de ces écoulements (I<10^-2). Nous soulignons notamment que le coefficient de friction effectif du milieu granulaire immergé ne dépend, dans la limite $I = 0$, ni de la taille des grains, ni de la viscosité du fluide. En revanche, celui-ci dépend des propriétés de surface des grains, de leur polydispersité et de la géométrie de l'écoulement. Ceci nous conduit à étudier la dilatance de l'empilement immergé en fonction des différents paramètres de l'expérience (taille des grains, viscosité du fluide, vitesse du patin, etc.) et à proposer une description simple permettant de rendre compte des dépendances rencontrées. Nous montrons ensuite que les fluctuations de force et d'altitude du patin, contrairement aux valeurs moyennes de ces mêmes quantités, sont les bonnes observables à même de décrire l'écoulement. Enfin, une dernière expérience nous permet de faire le lien entre la rhéologie non-linéaire d'un système thermique et les fluctuations de l'écoulement. L'expérience consiste à injecter de l'air à la base d'une colonne d'un fluide non-newtonien. Nous montrons que le gaz peut être relâche au travers du fluide soit sous forme de bulles, soit sous forme d'un canal connectant la buse émettrice de gaz au bas de la colonne à la surface libre du fluide. On observe que dans certaines conditions, le système oscille spontanément entre ces deux états. L'intermittence entre ces deux modes de dégazage est relié à la rhéologie non-linéaire du fluide et nous prenons le temps d'une mise en perspective de ces résultats dans le contexte de la géophysique.

Nous étudions les propriétés de fluorescence de nanocristaux de<br />CdSe individuels. Nous montrons expérimentalement que le<br />clignotement de fluorescence de ces nanosources rend leur<br />fluorescence non ergodique, et génère un phénomène de<br />vieillissement statistique.<br /><br />Nous montrons que l'observation par microscopie défocalisée de<br />nanocristaux de CdSe individuels permet de mesurer leur position<br />et leur orientation tridimensionnelle.<br /><br />Nous prouvons expérimentalement que l'interaction d'un nanocristal<br />avec une interface diélectrique modifie son diagramme de<br />rayonnement ainsi que la durée de vie radiative de son état<br />excité. Ces modifications d'émission spontanée sont ensuite<br />utilisées pour mesurer le rendement quantique de l'état allumé<br />d'un nanocristal de CdSe.<br /><br />Enfin, nous montrons que l'excitation impulsionnelle d'un<br />nanocristal permet de réaliser une source de photons uniques<br />déclenchée, en vue d'applications en traitement quantique de<br />l'information.

Le but de cette thèse est l'étude expérimentale de la turbulence dans un jet d'air du point de vue lagrangien. Le repérage des particules fluides a été fait à l'aide de bulles de savon de diamètre millimétrique, gonflées à l'hélium pour que leur densité soit celle de l'air. Un système de mesure original, basé sur l'effet Doppler acoustique, a permis de mesurer simultanément les trois composantes du vecteur vitesse des bulles. La dynamique temporelle et spatiale utile donne accès à l'essentiel de la gamme inertielle. Les composantes de vitesse ont des densités de probabilité gaussiennes, et sont statistiquement indépendantes entre elles. Les autocorrélations ont des formes très proches d'une exponentielle. Les deux composantes transverses sont indiscernables mais diffèrent de la composante longitudinale. L'utilisation d'un écoulement avec une vitesse moyenne a autorisé la mesure simultanée de vitesses eulériennes. Les densités de probabilité des vitesses lagangienne et eulérienne ont été trouvées très proches. Le temps intégral est plus faible dans le cas eulérien, à position dans le jet donnée. L'intermittence, mesurée par le facteur d'aplatissement des incréments de vitesse, est plus prononcée dans le cas lagrangien, avec un domaine inertiel plus restreint. D'autre part, une intercorrélation significative existe entre les composantes longitudinales de vitesse lagrangienne et eulérienne, mais pas entre composantes transverse et longitudinale. Ceci suggère que le mécanisme sous-jacent a une origine non purement scalaire.