The origin of this PhD thesis lies in the study of Ebullated Bed Reactors (EBRs). These chemical reactors are very active research topics in chemical processes, notably thanks to their usage in heavy oil processing. Many complex phenomena take place within EBRs, and make their design and optimization difficult. In fluid mechanics, a lot of physical mechanisms present in EBRs are active fields of study (three-phase flow, fluid-body interaction...). Hence, in the present work, a study of the mechanisms participating in the hydrodynamics of an EBR with cylindrical catalysts is performed. In a first part, the impact of the catalyst anisotropy on its fall is investigated. In order to gain insight on the effect of the body anisotropy on its fall dynamics, we investigate experimentally the free fall of a solid cylinder in a fluid at rest. The sensitivity to two dimensionless parameters, the Archimedes number (Ar) and the aspect ratio of the cylinder (L/d) is examined. Experiments are conducted with two orthogonal cameras, and advanced image processing techniques are developed in order to measure the position and orientation of the cylinder in 3D. Within the range of parameters studied (200 < Ar < 1100, 2 < L/d < 20), the cylinders adopt different types of falling motion. Two main types of paths are observed, the first one is a rectilinear fall of the cylinder that keeps its axis horizontal, and the second one is a fluttering oscillatory motion. Other more complex types of motion are observed and discussed. The fluttering motion of the cylinder is analyzed in details. On top of the study of the body motion, the cylinder wake is also visualized and characterized. A large number of particles are present at the same time inside an EBRs (about 40% of the mass). Interactions between multiple objects have a strong impact on the motion of each individual particle, but are very complex. In a first approximation, we take into account the presence of numerous particles by introducing a confined medium. We study experimentally the fall of a single cylinder in a confined vertical thin-gap cell, where the cylinders are free to move in only two directions. The cylinder elongation ratio (3<L/d<40) and density ratio ( c / f = 1.16, 2.70, 4.50) are the two parameters of interest. The Archimedes number of the cylinder lies within the same range as in the unconfined medium, and the two main modes of motion of the cylinder are a rectilinear motion, and a fluttering one. However, for the same parameters (Ar,L/d), the motion of the cylinder in the confined cell is strongly different in form to that in the unconfined medium. We also studied the interaction between a freely falling cylinder and a rising swarm of bubbles. This investigation was performed experimentally, in the confined cell used in the second part. Cylinders of various density ratio ( c / f = 1.16, 2.70, 4.50) and elongation ratio (3<L/d<20) are released in a bubble swarm of gas volume fraction between 2% and 5%. The cylinder motion is greatly modified by the bubble swarm. Several mechanisms of interaction between the cylinder and the bubbles are identified (direct contact, interactions with fluid perturbations...), and their effect is characterized. We perform a statistical analysis of the cylinder motion in the swarm, and compare it to results in the confined fluid at rest. The cylinder density ratio and elongation ratio both play an important role in its motion in the bubble swarm. Conditional statistics allow us to further investigate the effect of the contact between the cylinder and a bubble, and of the cylinder orientation in the swarm. Finally, the dispersion of the cylinder motion in the swarm is characterized. A major effect of the bubble swarm is to increase, through bubble-cylinder contacts, the probability of the cylinder to be in nearly vertical orientations. This drastically changes the kinematics of the cylinder as compared to its motion in the fluid at rest

L’érosion des stocks naturels de Paracentrotus lividus, oursins comestibles de Méditerranée, malgré les mesures actuelles réglementant les captures, soulève des inquiétudes sur la pérennité de son exploitation et sur l'équilibre des écosystèmes. En 2009, à la demande des pêcheurs professionnels, des gestionnaires de la ressource et de la communauté d’agglomération Toulon Provence Méditerranée (TPM), l'Institut Océanographique Paul Ricard et l'Équipe de Biologie Moléculaire Marine du laboratoire PROTEE (Université de Toulon), ont engagé un travail de recherche visant à mieux comprendre l'influence des processus naturels et anthropiques qui façonnent les populations naturelles, dans le but d'améliorer les stratégies de soutien aux populations, notamment par le réensemencement de juvéniles d'oursins.L'objectif du travail de thèse a été de (i) caractériser l'état des stocks sauvages de l'aire toulonnaise et de leurs dynamiques par la mise en place du suivi démographique bisannuel à long terme de huit stations références, (ii) de développer les méthodes de production de juvéniles en écloserie et (iii) d'évaluer l'efficacité du repeuplement et son impact sur les populations naturelles. Compte-tenu du cycle de vie bentho-pélagique de P. lividus, nous avons inscrit cette problématique dans une échelle régionale.Les résultats obtenus permettent de dresser un premier état des lieux de la structuration et des fluctuations d'abondances des peuplements de P. lividus sur l'aire toulonnaise et démontrent la fragilité des stocks naturels vis à vis des captures. La maîtrise complète du cycle de vie en aquaculture a été obtenue, notamment en optimisant les conditions d’élevage au stade critique de la métamorphose. Enfin, les repeuplements expérimentaux, réalisés à l'échelle pilote, ont présenté un succès variable selon les sites mais potentiellement important, sans aucun effet sur la structuration et la diversité génétique des stocks naturels. Le travail engagé et les premiers résultats sont discutés dans le contexte de la conservation et de l'exploitation durable de cette ressource naturelle. Ils constituent en outre un préalable indispensable aux réflexions sur l’ajustement ou la mise en place de nouvelles actions de gestion des populations et de la ressource. / Despite current measures regulating captures, the erosion of natural stocks of the edible Paracentrotus lividus sea urchin of Mediterranean Sea, raises concerns about the sustainability of its exploitation and the stability of the associated ecosystem. In 2009, upon request of professional fishermen, resource managers and the urban district of Toulon Provence Méditerranée, we have initiated a program of research to better understand the influence of natural and anthropogenic processes that shape natural populations. The objectives of the thesis were (1) to monitor the demographic evolution of P. lividus communities on eight sites of the Toulon area between 2011 and 2013 before and after the legal harvesting period, (2) to develop a reliable method of production of P. lividus juveniles in hatchery and (3) to evaluate the effectiveness of restocking at a pilot scale and assess its potential impact over natural populations. Given the long larval phase in the bentho-pelagic cycle of this species, we monitored the genetic diversity of P. lividus populations at a regional scale.The data and results acquired during this work first provide an initial evaluation of the structure, abundance and fluctuation of followed P. lividus populations along the Toulon coast and demonstrate the vulnerability of natural stocks towards harvesting. In addition, complete control over the whole life cycle in batch was achieved through optimization of cultural and food parameters, especially at the critical stage of settlement and metamorphosis. Finally, experimental restocking trials demonstrated varying success depending on the site, but potentially significant, without apparent effect on the genetic diversity of wild stocks. Results obtained in this thesis are discussed in the context of conservation and sustainable exploitation of this natural resource. They are also a prerequisite to discussion on the adjustment or implementation of new management guidelines.

L’étude des Réacteurs à Lit Bouillonnant (RLB) est à l’origine de ce projet de thèse. Ce type de réacteur chimique est très étudié en génie des procédés, en raison notamment de son utilisation pour l’hydrocraquage des charges lourdes. Des phénomènes complexes ont lieu dans un RLB, ce qui rend leur design et leur optimisation difficiles. Certains des mécanismes physiques prenant place dans les RLBs sont également des champs de recherche actifs en mécanique des fluides. Par conséquent, cette étude se concentre sur des mécanismes locaux participant à l’hydrodynamique des RLBs avec des catalyseurs cylindriques. Dans un premier temps, l’impact de l’anisotropie du catalyseur sur sa chute est étudié. Nous réalisons une étude expérimentale de la chute libre d’un cylindre en fluide au repos, afin de déterminer l’effet de l’anisotropie du corps sur sa dynamique. Les paramètres d’intérêt du problème sont le nombre d’Archimède du cylindre (Ar) et son rapport d’élongation (L/d). Les expériences sont menées avec deux caméras orthogonales, et des techniques de traitement d’images avancées sont développées pour parvenir à une mesure précise de la position et de l’orientation du corps en 3D. Pour (200 < Ar < 1100, 2 < L/d < 20), les cylindres adoptent différents types de trajectoire. Les deux principaux sont la chute rectiligne, durant laquelle l’axe du cylindre reste horizontal, et un mouvement de fluttering, qui est analysé en détail. D’autres types de mouvement plus complexes sont observés et discutés. De surcroît, le sillage du cylindre est analysé et caractérisé. De nombreuses particules sont présentes dans un RLB (40% de fraction massique environ). Les interactions entre ces corps multiples ont un impact fort sur le mouvement de chacun d’entre eux, mais sont très complexes. En première approximation, nous rendons compte de la présence de multiples particules en introduisant un milieu confiné. Nous étudions expérimentalement la chute d’un seul cylindre dans une cellule confinée verticale, dans laquelle le cylindre n’est libre de se mouvoir que dans deux directions. Le rapport d’élongation du cylindre (3<L/d<40) et son rapport de densité ( c / f = 1,16, 2,70, 4,50) sont les deux paramètres d’intérêt. Le nombre d’Archimède du cylindre se trouve entre les mêmes bornes qu’en milieu non confiné, et les deux modes principaux de mouvement sont aussi la chute rectiligne et le fluttering. Cependant, pour des paramètres (Ar,L/d) comparables, il existe des différences importantes dans le déplacement du cylindre comparé au cas non confiné. Nous avons également étudié l’interaction entre un cylindre en chute libre et un nuage de bullesascendantes. Cette étude a été menée expérimentalement dans la cellule confinée utilisée pour la seconde partie de la thèse. Des cylindres de plusieurs rapports de densité ( c / f = 1,16, 2,70, 4,50) and rapports d’élongation (3<L/d<20) ont été lâchés dans un nuage de bulles de fraction volumique de gaz comprise entre 2% et 5%. Plusieurs mécanismes d’interaction entre le cylindre et les bulles ont été identifiés (contact direct, interaction avec des perturbations du fluide. . .), et leur effet a été caractérisé. Nous avons effectué une étude statistique du mouvement du cylindre dans le nuage de bulles, et nous l’avons comparée aux résultats obtenus en milieu confiné et en fluide au repos. Les rapports de densité et d’élongation du cylindre jouent tous deux un rôle important dans son mouvement au sein du nuage de bulles. Des statistiques conditionnelles nous permettent d’approfondir notre analyse du contact entre le cylindre et les bulles, ainsi que du rôle de l’orientation du cylindre. Enfin, la dispersion du mouvement du cylindre dans le nuage est caractérisée. Un des principaux effets du nuage de bulles est d’accroître, via les contacts bulle cylindre, l’orientation du cylindre jusqu’à-ce qu’il soit presque vertical, ce qui a un effet très fort sur sa cinématique en comparaison avec le fluide au repos / The origin of this PhD thesis lies in the study of Ebullated Bed Reactors (EBRs). These chemical reactors are very active research topics in chemical processes, notably thanks to their usage in heavy oil processing. Many complex phenomena take place within EBRs, and make their design and optimization difficult. In fluid mechanics, a lot of physical mechanisms present in EBRs are active fields of study (three-phase flow, fluid-body interaction...). Hence, in the present work, a study of the mechanisms participating in the hydrodynamics of an EBR with cylindrical catalysts is performed. In a first part, the impact of the catalyst anisotropy on its fall is investigated. In order to gain insight on the effect of the body anisotropy on its fall dynamics, we investigate experimentally the free fall of a solid cylinder in a fluid at rest. The sensitivity to two dimensionless parameters, the Archimedes number (Ar) and the aspect ratio of the cylinder (L/d) is examined. Experiments are conducted with two orthogonal cameras, and advanced image processing techniques are developed in order to measure the position and orientation of the cylinder in 3D. Within the range of parameters studied (200 < Ar < 1100, 2 < L/d < 20), the cylinders adopt different types of falling motion. Two main types of paths are observed, the first one is a rectilinear fall of the cylinder that keeps its axis horizontal, and the second one is a fluttering oscillatory motion. Other more complex types of motion are observed and discussed. The fluttering motion of the cylinder is analyzed in details. On top of the study of the body motion, the cylinder wake is also visualized and characterized. A large number of particles are present at the same time inside an EBRs (about 40% of the mass). Interactions between multiple objects have a strong impact on the motion of each individual particle, but are very complex. In a first approximation, we take into account the presence of numerous particles by introducing a confined medium. We study experimentally the fall of a single cylinder in a confined vertical thin-gap cell, where the cylinders are free to move in only two directions. The cylinder elongation ratio (3<L/d<40) and density ratio ( c / f = 1.16, 2.70, 4.50) are the two parameters of interest. The Archimedes number of the cylinder lies within the same range as in the unconfined medium, and the two main modes of motion of the cylinder are a rectilinear motion, and a fluttering one. However, for the same parameters (Ar,L/d), the motion of the cylinder in the confined cell is strongly different in form to that in the unconfined medium. We also studied the interaction between a freely falling cylinder and a rising swarm of bubbles. This investigation was performed experimentally, in the confined cell used in the second part. Cylinders of various density ratio ( c / f = 1.16, 2.70, 4.50) and elongation ratio (3<L/d<20) are released in a bubble swarm of gas volume fraction between 2% and 5%. The cylinder motion is greatly modified by the bubble swarm. Several mechanisms of interaction between the cylinder and the bubbles are identified (direct contact, interactions with fluid perturbations...), and their effect is characterized. We perform a statistical analysis of the cylinder motion in the swarm, and compare it to results in the confined fluid at rest. The cylinder density ratio and elongation ratio both play an important role in its motion in the bubble swarm. Conditional statistics allow us to further investigate the effect of the contact between the cylinder and a bubble, and of the cylinder orientation in the swarm. Finally, the dispersion of the cylinder motion in the swarm is characterized. A major effect of the bubble swarm is to increase, through bubble-cylinder contacts, the probability of the cylinder to be in nearly vertical orientations. This drastically changes the kinematics of the cylinder as compared to its motion in the fluid at rest

Si de nombreuses études ont été consacrées à l’analyse des grands tours préparatoires aux sorties, aux sorties elles-mêmes et aux lâchers de barre en barre fixe ou barre supérieure de barres asymétriques, les éléments avec envol pour passer d’une barre à l’autre aux barres asymétriques (lâcher la barre inférieure pour saisir la barre supérieure ou l’inverse) n’ont, à notre connaissance, pas fait l’objet de telles études. Cette thèse de doctorat présente dans sa première partie une analyse cinématique du « pieds barre temps de ventre » ainsi qu’une analyse des moments cinétique et d’inertie mis en jeu par deux groupes de gymnastes, des expertes et des novices, lors de la réalisation de ce mouvement. La deuxième partie met en évidence des lois de contrôle moteur utilisées par les deux groupes pour réaliser l’élément. Afin de déterminer si les mouvements des deux groupes sont susceptibles d’améliorations et si la trajectoire créée au lâcher de la barre inférieure ou la gestuelle mise en jeu influence davantage la performance, une optimisation du pieds barre temps de ventre est proposée dans la troisième partie. Enfin, l’effet de l’introduction d’une loi de contrôle moteur dans le processus d’optimisation sur le réalisme des mouvements optimisés est envisagé. / Many studies were dedicated to the analysis of backward giant circles prior to release, releases itself or release-regrasp skills on high bar or uneven bars. To our knowledge, skills with flight phase to release low bar and regrasp high bar or the contrary were not studied yet. The first chapter of this doctoral thesis is dedicated to a kinematic analysis of the “counter movement forward in flight” on uneven bars and to the moment of inertia and angular momentum recorded for two groups of gymnasts performing this task: an expert group and a novice group. The second chapter highlights motor control laws used by the gymnasts of both groups. An optimization of the counter movement forward in flight was carried out in the third chapter in order to know if the movements of both groups may be improved and whether body mass center trajectory or body movements in flight most influence final performance. Effects of introducing a motor control law in the optimization process on the realism of optimized movements were studied.

Si de nombreuses études ont été consacrées à l'analyse des grands tours préparatoires aux sorties, aux sorties elles-mêmes et aux lâchers de barre en barre fixe ou barre supérieure de barres asymétriques, les éléments avec envol pour passer d'une barre à l'autre aux barres asymétriques (lâcher la barre inférieure pour saisir la barre supérieure ou l'inverse) n'ont, à notre connaissance, pas fait l'objet de telles études. Cette thèse de doctorat présente dans sa première partie une analyse cinématique du " pieds barre temps de ventre " ainsi qu'une analyse des moments cinétique et d'inertie mis en jeu par deux groupes de gymnastes, des expertes et des novices, lors de la réalisation de ce mouvement. La deuxième partie met en évidence des lois de contrôle moteur utilisées par les deux groupes pour réaliser l'élément. Afin de déterminer si les mouvements des deux groupes sont susceptibles d'améliorations et si la trajectoire créée au lâcher de la barre inférieure ou la gestuelle mise en jeu influence davantage la performance, une optimisation du pieds barre temps de ventre est proposée dans la troisième partie. Enfin, l'effet de l'introduction d'une loi de contrôle moteur dans le processus d'optimisation sur le réalisme des mouvements optimisés est envisagé.

Le décrochage profond est un cas particulier du décrochage d’un avion, où l'empennage horizontal est entièrement situé dans le sillage décollé de la voilure principale. Le plan perd ainsi son efficacité, ce qui se traduit par une position d'équilibre en tangage stable, à une incidence élevée, dont il est impossible de sortir par une manœuvre simple. L’objectif de cette étude est de caractériser l’aérodynamique associée à ce phénomène et de proposer une procédure d’identification et de récupération. Il est proposé une démarche visant à déterminer la dynamique bidimensionnelle de l’écoulement autour d’une configuration aéronautique de référence. Les coefficients aérodynamiques, obtenus dans une large plage d’incidence, mettent en évidence l’effet de l’interaction entre les profils sur le décrochage, qui impacte principalement le profil aval. L’analyse des champs de vitesse fournit l’étendue et l’évolution axiale des sillages des profils. Un traitement des champs de vitesse par moyennes de phase permet de reconstruire la dynamique temporelle. À partir de ces résultats, un modèle potentiel de forçage de l’écoulement autour du profil aval permet d’expliquer la modification du coefficient de portance imposé par l’interaction. Des simulations numériques de l’écoulement, qui fournissent des champs résolus en temps, permettent de retrouver certaines évolutions expérimentales. L’ensemble des résultats est utilisé, en parallèle à des données issues d’un aéronef réel, dans un modèle de vol longitudinal afin d’analyser le comportement dynamique de l’avion. Des critères permettant d’identifier la dynamique qui conduit à cet équilibre, fournissent une détection précoce de ce dernier. / Deep stall is a specific type of airplane stall, in which the horizontal tail is inside the detached wake of the main wing. The tail loses its efficiency, leading to a stable pitching equilibrium position with a high angle-of-attack, without any easy recovery procedure. The aim of the study is to characterize the aerodynamic associated to that phenomenon in order to propose an identification and recovery procedure. The approach consists in a two-dimensional flow characterization based on an aeronautical reference configuration. Aerodynamic coefficients, obtained for a wide range of angles-of-attack, show the interaction between the airfoils on the stall of the downstream airfoil. The analysis of velocity fields gives the width and the axial development of the airfoils wakes. Phase-averages of velocity fields lead to the synthesis of flow time-development. With these results, a potential model of flow forcing on the downstream airfoil explains the lift coefficient alteration imposed by the interaction. Flow numerical simulations, giving time-resolved fields, provide good accordance with experimental developments .The whole set of results is used, concurrently with real aircraft data, inside a longitudinal flight model in order to analyze the airplane dynamical behavior. Criteria for the identification of the dynamic leading to that equilibrium provide a rapid detection of deep stall and the implementation of a recovery strategy.