Le but de cette thèse est l'étude expérimentale de la turbulence du point de vue lagrangien. On cherche donc à suivre une particule de fluide pendant un temps supérieur au temps caractéristique des grandes <br />échelles. Pour ce faire, nous avons mis au point une nouvelle technique de mesure de vitesse lagran- gienne dans un écoulement turbulent à haut nombre de Reynolds. Le principe choisi est basé sur l'utilisation de l'effet Doppler d'une onde ultrasonore monochromatique diffusée par une petite par- ticule solide. Le signal diffusé est reçu par un réseau de récepteurs et mis en forme par une électro- nique rapide et ultrafaible bruit conçue spécialement au cours de ce travail. Pour extraire la modula- tion de fréquence due à la vitesse, nous avons développé un algorithme d'estimation spectrale basé sur une méthode de maximum de vraisemblance approché couplé à un filtre de Kalman. Nous avons ainsi accès à la vitesse lagrangienne sur des échelles temporelles englobant le régime inertiel et les grandes échelles de l'écoulement. Le champ de vitesse est gaussien à décorrélation temporelle exponentielle. On obtient ainsi un spectre temporel à décroissance conforme à la prédiction de la théorie de Kolmogorov 41. Le régime inertiel lagrangien se prolonge jusqu'à des échelles temporelles inférieures au temps de Kolmogorov. On observe une intermittence lagrangienne plus intense (en termes de courbure des exposants de structure) que pour le champ eulérien et dont l'intensité ne peut être reproduite par le modèle usuel basé sur la dissipation. Cette intermittence est liée à l'existence de corrélations tempo- relles très longues de la valeur absolue des incréments temporels de vitesse.

La turbulence de Langmuir Forte dans les plasmas a de nombreuses conséquences tant dans les applications à la fusion rapide qu'à l'astrophysique. La déduction des équations couplant le spectre turbulent de Langmuir des cavités en effondrement et la fonction de distribution des particules se trouve exposée en détail dans ce mémoire. Le traitement numérique de ces équations confirme le développement d'une queue de particules suprathermiques prédite théoriquement. Par ailleurs, l'importance du rôle du rayonnement d'ondes sonores est mise en évidence . Il est montré que ce rayonnement se manifeste par une réaction sur la source de la turbulence, lorsque la queue d'électrons chauds s'est étendue, par l'intermédiaire du phénomène de conversion aléatoire. La prise en compte de ce dernier phénomène conduit à une sorte d'intermittence, cette tendance a été confirmée numériquement d'abord par une modélisation à 3 et 4 degrés de liberté puis sur l'ensemble des équations spectrales.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The appropriate estimation of turbulent fluxes in very stable conditions is a great challenge for numerical models that simulate the average behavior of the stable boundary layer. Although many features of the flow are usually reproduced, the intermittent variation turbulence is not simulated by most atmospheric models that use K theory for the determination of turbulent fluxes in the stable boundary layer. Moreover, the transition between the very stable and weakly stable regimes of the stable boundary layer is not well understood and described by numerical models. Therefore, in this work a one-and-a-half order numerical model is proposed to represent the average behavior of the nocturnal boundary layer. The model is based in the one proposed by Costa et al. (2011). In the presently proposed scheme, both the sensible heat flux and temperature variance are solved by prognostic equations in order to add degrees of freedom and physical detail to the model. Throughout the work, comparisons are made among the solutions varying different parameters. Results are also compared to the solutions obtained using the model proposed by Costa et al. (2011). The results show that the present model is able to reproduce the transition between the coupled and decoupled stable boundary layer regimes, in a manner similar to what is observed in nature. It also reproduces the occurrence of intermittent non periodical events and the formation of shallow mixing in weak wind conditions. The inclusion of prognostic equations for the sensible heat flux and for the temperature variance provides transitions between regimes at larger winds than those obtained when these quantities are parameterized, and closer to the observed values. The model provides a dependence of the potential temperature scale, θ∗ and of the sensible heat flux on the wind speed that is similar to observations. It also reproduces abrupt transitions between the stable boundary layer regimes, something not observed in the model proposed by Costa et al. (2011). The turbulent kinetic energy balance obtained by the model is closer to the observed by Acevedo et al. (2016) than was obtained by Costa et al. (2011). Dissipation is the dominat mechanism of turbulence destruction in very stable conditions, a role played by buoyant destruction in the model by Costa et al. (2011). The results sustain the hypothesis proposed by Van Weil et al. (2012), that the very stable regime happens when turbulence is not capable of sustaining turbulent heat fluxes large enough to accompany the long wave radiative loss. / A estimativa adequada dos fluxos turbulentos em condições muito estáveis ainda é um grande desafio para os modelos numéricos que descrevem o comportamento médio da CLE. Embora, muitas características do escoamento sejam simuladas, a variação intermitente da turbulência não é reproduzida por grande parte dos modelos atmosféricos que utilizam teoria K na estimativa dos fluxos turbulentos na CLE. Além disso, a transição entre os regimes muito estável e fracamente estável da CLE, ainda, não é bem compreendida e descrita pelos modelos numéricos. No presente trabalho é proposto um modelo numérico, de uma ordem e meia, para descrever o comportamento médio de uma camada limite noturna. O modelo é baseado no que foi proposto por COSTA et al. (2011). O modelo aqui proposto tanto o fluxo de energia na forma de calor sensível como a variância de temperatura são estimados através de equações prognósticas, afim de acrescentar graus de liberdade ao sistema e de modo a acrescentar detalhamento físico à solução. Ao longo do trabalho, foram realizadas comparações entre as soluções obtidas no modelo variando diferentes parâmetros. As soluções também são comparadas com as obtidas utilizando o modelo proposto por Costa et al. (2011). Os resultados mostram que o presente modelo é capaz de reproduzir as transições entre os estados acoplado e desacoplado da camada limite estável, de forma semlhante à observada na natureza. São simulados eventos intermitentes não periódicos que se assemelham aos observados na camada limite. O modelo também reproduz a ocorrência de mistura rasa em condições de vento fraco. A inclusão de equações prognósticas para o fluxo de energia na forma de calor sensível e para a variância de temperatura proporciona transições entre os estados e em condições de vento mais intensas que as obtidas quando essas quantidades são parametrizadas, e mais próximo dos valores observados. Ao observar a dependêndia das quantidades turbulentas, tais como a escala de temperatura potencial, θ∗, e o fluxo de energia na forma de calor sensível em função da velocidade do vento, o presente modelo modelo apresentou os resultados mais semelhante aos observados, se mostrando capaz de reproduzir as transições entre os estados de forma abrupta, diferente do que ocorre no modelo proposto por Costa et al. (2011). O balanço de ECT obtido pelo presente modelo, se aproxima mais do observado por Acevedo et al. (2016) que o obtido por Costa et al. (2011). A dissipação é o mecanismo dominante de destruição de turbulência no estado desacoplado, papel que era ocupado pela destruição térmica no modelo de Costa et al. (2011). Os resultados coroboram a hipótese de Van de Weil et al. (2012), de que o regime muito estável ocorre quando a turbulência não é capaz de produzir fluxos de energia na forma de calor sensível capazes de acompanhar a perda de energia por radiação.

Nous proposons une nouvelle approche inspirée des modèles d'endommagement non-locaux pour décrire la ruine des matériaux quasi-fragiles désordonnés. Les hétérogénéités matériaux sont introduites à une échelle continue mésoscopique via des variations spatiales de la résistance à l'endommagement alors que le mécanisme de redistribution des contraintes est décrit à travers une fonction d'interaction que l'on peut faire varier. L'évolution spatio-temporelle de l'endommagement est déterminée à partir du principe de conservation d'énergie et caractérisée via une étude statistique des précurseurs à la rupture. Cette approche nous permet de prédire la valeur des seuils de localisation et de rupture en fonction de la nature des redistributions. A l'approche de la rupture, nous mettons également en évidence une augmentation en loi de puissance du taux d'énergie dissipée ainsi qu'une longueur de corrélation, supportant l'interprétation de la rupture quasi-fragile comme un phénomène critique. En effet, nous démontrons que notre model d'endommagement s'apparente à la loi d'évolution d'une interface élastique évoluant dans un milieu désordonné. Cette analogie nous permet d'identifier les paramètres d'ordre et de contrôle de cette transition critique et d'expliquer les invariances d'échelle des fluctuations dans la limite champ moyen. Enfin, nous appliquons ces concepts théoriques à travers l'étude expérimentale de la compression d'un empilement bidimensionnel de cylindres élastiques. Notre approche permet de décrire de façon quantitative la réponse mécanique non-linéaire du matériau, et en particulier la statistique des précurseurs ainsi que la localisation des déformations. / We propose a novel approach inspired from non-local damage continuum mechanics to describe damage evolution and quasi-brittle failure of disordered solids. Heterogeneities are introduced at a mesoscopic continuous scale through spatial variations of the material resistance to damage. The central role played by the load redistribution during damage growth is analyzed by varying the interaction function used in the non-local model formulation. The spatio-temporal evolution of the damage field is obtained from energy conservation arguments, so that the formulation is thermodynamically consistent. We analytically determine the onsets of localization and failure that appear controlled by the redistribution function. Damage spreading is characterized through a complete statistical analysis of the spatio-temporal organization of the precursors to failure. The power law increase of the rate of energy dissipated by damage and an extracted correlation length close to failure supports the interpretation of quasi-brittle failure as a critical phenomena. Indeed, we establish a connection between our damage model and the evolution law of an elastic interface driven in a disordered medium. It allows to identify the order and control parameters of the critical transition, and capture the scale-free statistical properties of the precursors within the mean field limit. Finally, we experimentally investigate the coaction of localized dissipative events and elastic redistributions in disordered media via compression experiments of two-dimensional arrays of hollow soft cylinders. Our experimental observations show a quantitative agreement with the predictions derived following our approach.

Cette thèse est consacrée à la simulation du mélange de scalaires passifs à grand nombre de Schmidt (faible diffusion), au moyen d’un modèle de sous-maille structurel pour la Simulation aux Grandes Echelles (LES pour Large Eddy Simulation) reposant sur le caractère multifractal des champs de gradient en turbulence. L’analyse multifractale des champs de dissipation scalaire permet, à l’aide d’une description statistique des singularités, de prendre en compte l’intermittence inhérente à ces champs. Des simulations numériques directes du mélange à différents nombres de Schmidt supérieurs à l’unité sont mises en oeuvre. Une analyse multifractale au moyen de différentes méthodes est menée afin d’obtenir les spectres de singularités de la dissipation scalaire. Une implantation du modèle de sous-maille multifractal pour la vitesse, proposé par Burton et al., est d’abord réalisée dans le code volumes finis YALES2.Une modification du modèle équivalent pour les scalaires, reposant sur une cascade multiplicative pour reconstruire la dissipation scalaire de sous-maille, est proposée afin de prendre en compte le micro-mélange à grand nombre de Schmidt. Ce modèle de sous-maille est alors évalué au moyen de tests a priori. / This thesis is focused on the simulation of turbulent mixing of passive scalars at high Schmidt numbers (low diffusivity). The modeling work is based on a structural subgrid-scale model for Large Eddy Simulation relying on the multifractal nature of gradient fields in turbulence.The multifractal formalism provides a mean to handle the characteristic intermittency of scalar dissipation fields through a statistical description of their singularities. Direct Numerical Simulations of mixing at several Schmidt numbers above unity are run with a dedicated code. Different methods are used to perform a multifractal analysis of scalar dissipation. The multifractal subgrid-scale model of Burton et al. for velocity is implemented in the Finite Volume code YALES2. A modification of the equivalent multifractal model for scalars is proposed to take into account micro-mixing at high Schmidt numbers. The model shows satisfactory results when tested a priori against direct simulations.

La présente recherche s’inscrit dans un contexte d’emploi particulier, celui de l’intermittence du spectacle qui est un mode d’affiliation spécifique au régime de l’assurance-chômage. Si, au départ, ce régime est avantageux dans la mesure où il s’adapte à des métiers qui ne permettent pas de travailler de manière continue par la compensation, sous forme d’indemnités-chômage, des aléas de la vie professionnelle, les réformes successives, dont il a fait l’objet, et notamment le protocole de 2003, ont profondément modifié les règles qui prévalaient jusqu’alors en matière de gestion temporelle de l’emploi et de l’activité de travail pour les techniciens et les artistes du spectacle, introduisant un principe de « double incertitude ».L’objectif de cette thèse est de contribuer à la production des connaissances sur la manière dont se construisent les Perspectives Temporelles dans des contextes socio-professionnels marqués par une forte instabilité et une incertitude accrue, en appréhendant le rôle des processus comparatifs mis en œuvre par les individus dans le sens qu’ils accordent à leurs expériences.Nous avons rencontrés 20 intermittents du spectacle, dont 10 techniciens du spectacle (annexe 8) et 10 artistes (annexe 10). Selon une approche essentiellement qualitative (Delory-Momberger, 2013), nous avons effectué des entretiens semi-directifs de type « récits de vie » (Bertaux, 1984). Les données recueillies ont fait l’objet d’une double analyse lexicométrique et phénoménologique. Nos résultats montrent que la relation existant entre les modalités d’inscription dans une situation plus ou moins précarisée et la construction des perspectives temporelles est médiatisée par des processus de comparaison sociale mis en œuvre par les individus dans leurs différentes sphères de vie et dont l’issue va contribuer à l’orientation (ou à la réorientation) de ces perspectives temporelles et au vécu de cette situation. / This research deals with a particular context of employment: occasional work in the entertainment industry, which is a mode of affiliation which is specific to the system of unemployment insurance. At first, this system was advantageous, insofar as it was compatible with jobs which cannot provide continuous work - thanks to the compensation of the hazards of work life through unemployment indemnities. However, the succeeding reforms - especially the 2003 protocol – deeply changed the regulations which had up to then prevailed in the time management of jobs and professional activities for technicians and artists in the entertainment industry, by initiating a principle of « double uncertainty ».The aim of this dissertation is to contribute to widen the knowledge about the way Temporal Perspectives develop in socio-professional contexts amid which heavy instability and increased uncertainty occur. In order to do so, this paper attempts to grasp the role of the comparative processes carried out by individuals in the meaning they attribute to their life experiences.We have met with 20 occasional entertainment workers, among whom 10 entertainment technicians (appendix 8) and 10 artists (appendix 10). Following a thoroughly qualitative approach (Delory-Momberger, 2013), we have carried out semi-guiding interviews in form of « life narratives » (Bertaux, 1884). The data gathered was submitted to a double analysis: lexicometric and phenomenological.The results show that the connection found between the ways individuals join into a situation more or less unsecured and the creation of temporal perspectives is mediated through social comparison processes carried out by individuals in the different spheres of their lives. Subsequently, the outcome of these processes will help direct (or redirect) these temporal perspectives and contribute to their life experience.

Le but de cette thèse est d'optimiser un modèle aux tensions de Reynolds. Des contraintes lui sont appliquées pour reproduire l'influence d'un gradient de pression sur la structure de la couche limite. Ceci a conduit à revoir le comportement des modèles de turbulence au voisinage d'une frontière libre. On obtient un comportement différent de celui classiquement supposé : la solution en puissance attendue est incluse dans une solution plus complexe. Les contraintes pour la frontière libre sont alors incompatibles avec les autres contraintes. Le caractère intermittent de la frontière libre a dû être pris en compte afin de découpler le comportement du modèle au voisinage d'une frontière libre de son comportement dans une région pleinement turbulente, ceci dans le but de satisfaire toutes les contraintes. Le modèle construit est optimisé sur les écoulements libres et la couche limite pour laquelle les contraintes imposées apportent une amélioration sensible.

Ce manuscrit traite de l'étude expérimentale du transport de particules dans la région de bord du tokamak Tore Supra. La première partie du manuscrit introduit les motivations énergetiques, le principe du confinement magnétique ainsi que les éléments de physiques essentiels à la description de la dynamique du plasma à l'interaction avec la paroi du tokamak. A partir des données de sondes de Langmuirs et d'imagerie rapide, nous demontrons que le transport de particules est dominé par la convection de filaments plasmas, structures alongées le long du champ magnétique. Ces filaments presentent un nombre d'onde parallèle fini, responsable de la forte localisation du flux de particules coté faible champ du tokamak. Il en resulte l'apparition de forts écoulements parallèles le long des lignes de champs, ainsi qu'une geométrie complexe de ces filaments contrainte par le cisaillement magnétique.

Cette thèse porte sur la caractérisation numérique et la modélisation stochastique de l'accélération du fluide pour l'écoulement en canal à grand nombre de Reynolds. La motivation concerne l'observation et l'analyse des effets de l'intermittence liés aux interactions à longue portée à travers le canal. Dans la première partie, l'accélération est étudiée par simulation numérique directe pour trois différents nombres de Reynolds (180, 590 et 1000). La lognormalité de la norme de l'accélération est observée quelle que soit la distance à la paroi. Un profil universel de la norme de l'accélération est également recherché par analyse dimensionnelle. La seconde partie présente une modélisation stochastique de l'accélération basée sur la décomposition norme/orientation. Le modèle stochastique pour la norme s'appuie sur un processus de fragmentation afin de représenter les interactions à longue portée à travers le canal. Pour l'orientation, l'évolution vers l'isotropie lorsque la distance à la paroi augmente (observée par la DNS) est reproduite grâce à un modèle de marche aléatoire sur une sphère. Ces modèles ont été appliqués à l'approche LES-SSAM (Stochastic Subgrid Acceleration Model) introduite par Sabel'nikov, Chtab et Gorokhovski. Nos calculs montrent que les estimations de la vitesse moyenne, du spectre d'énergie, des contraintes de l'écoulement et de la non-gaussianité des statistiques de l'accélération peuvent être améliorées de façon significative par rapport à la LES classique. L'intérêt de l'approche LES-SSAM, donnant un accès vers la structure intermittente de sous-maille, est illustré dans la dernière partie, par l'étude du transport de particules inertielles ponctuelles par l'écoulement de canal. Cette étude commence par l'analyse par DNS de l'influence des structures de paroi sur la dynamique des particules

Depuis quelques années déjà, les films de savon représentent un cadre idéal pour étudier les écoulements 2D et également la turbulence bidimensionnelle ( Couder). Il s'agit ici d'étudier la convection thermique dans une demi-bulle de savon. Le gradient thermique entre l'équateur et le pôle engendre une turbulence autour de l'équateur et donne naissance à des structures tourbillonnaires uniques de grandes tailles proches du pôle. Je mettrais en évidence une dynamique identique entre les tourbillons formés à la surface de la demi-bulle et les systèmes que l'on observe dans la nature ( les ouragans), à savoir un comportement super-diffusif. Une étude de la turbulence engendrée par la convection thermique a également été réalisée. La température présente une transition étonnante d'un comportement intermittent pour les gradients de température faible, à un comportement non intermittent lorsque l'on accroît le gradient de température. Cette dynamique est corrélée avec celle du champ de vitesse qui montre également cette transition.