Les bandes ventriculaires sont deux structures du larynx dont l'implication a été observée pour certaines réalisations vocales. L'origine de leur participation dans le geste phonatoire et les effets induits sur le son laryngé sont peu explorés et encore mal compris.<br />Cette étude se propose de modéliser l'impact aérodynamique des bandes ventriculaires sur la vibration glottique par une description théorique de l'écoulement translaryngé couplée à un modèle physique de phonation. L'interaction entre les cordes vocales et les bandes ventriculaires est caractérisée par une exploration conjointe sur l'humain (par électroglottographie et cinématographie ultra-rapide synchronisées) et sur des maquettes du larynx rigides et déformables (par visualisation d'écoulement, mesures PIV et mesures de pression).<br />Le comportement des bandes ventriculaires est observé dans différents contextes phonatoires (phonation usuelle, chant de gorge, grognement, effort vocal). Elles peuvent rester immobiles éloignées, se rapprocher, s'accoler, vibrer périodiquement ou non, en phase ou non avec les cordes vocales. Le phénomène de doublement de période mesuré en chant de gorge fait l'objet d'une étude approfondie. La variation périodique de la durée du cycle glottique est démontrée. L'incidence de la géométrie ventriculaire sur la résistance de l'écoulement translaryngé, la fréquence, l'amplitude et les pressions de seuils d'oscillation est mesurée in-vitro et comparée aux prédictions théoriques. La présence de la constriction ventriculaire en aval de la maquette des cordes vocales peut modifier son comportement vibratoire, altérant ou favorisant les auto-oscillations selon la configuration géométrique.

Les contacteurs centrifuges, basés sur les écoulements de Taylor-Couette, sont bien adaptés pour la mise en œuvre de réactions chimiques ou biochimiques, y compris en milieu polyphasique. Ils possèdent particulièrement plusieurs propriétés favorables à la mise en œuvre des opérations d'extraction liquide-liquide. Un dispositif expérimental a été conçu avec cette idée en tête. Il est constitué de deux cylindres concentriques avec le cylindre intérieur entraîné en rotation et l'externe fixe. L’écoulement de Taylor-Couette se produit dans l’espace annulaire entre eux. Il présente la particularité d’évoluer vers la turbulence par apparition successive d’instabilités. La dispersion axiale ainsi que le mélange, sont extrêmement sensibles à ces structures d’écoulement, ce qui rend difficile la modélisation du couplage entre l’hydrodynamique et le transfert de matière. Ce point particulier a été étudié expérimentalement et numériquement. L’écoulement et le mélange ont été caractérisés par des mesures simultanées de PIV (Vélocimétrie par Imagerie de Particules) et PLIF (Fluorescence Induite par Laser). Les champs de concentration PLIF ont permis d’identifier les différents mécanismes de transport intra et inter-vortex. Pour les régimes ondulatoires (WVF et MWVF), le mélange intra-vortex est contrôlé par l’advection chaotique, directement lié aux caractéristiques du champ de vitesse, qui confère aux vortex une capacité plus importante à convecter et à étirer les filets de fluide. En revanche, l’apparition des vagues brisent les frontières qui séparent les vortex ce qui favorise le transport inter-vortex. La combinaison de ces deux mécanismes contrôle principalement la dispersion axiale. Nous avons également mis en évidence le comportement non monotone des propriétés de mélange en fonction de l’histoire de l’écoulement. Notamment l’état d’onde (la longueur d’onde axiale et l’amplitude de la vague). Nous avons calculé le coefficient de dispersion axiale Dx à l’aide des mesures de distribution de temps de séjour (DTS) et de suivi Lagrangien de particules (DNS). Les deux résultats numériques et expérimentaux ont confirmé l’effet significatif des structures de l’écoulement et de l’histoire sur la dispersion axiale. / Taylor-Couette flows between two concentric cylinders have great potential applications in chemical engineering. They are particularly convenient for two-phase small scale devices enabling solvent extraction operations. An experimental device was designed with this idea in mind. It consists of two concentric cylinders with the inner one rotating and the outer one fixed. Taylor-Couette flows take place in the annular gap between them, and are known to evolve towards turbulence through a sequence of successive instabilities. Macroscopic quantities, such as axial dispersion and mixing index, are extremely sensitive to these flow structures, which may lead to flawed modelling of the coupling between hydrodynamics and mass transfer. This particular point has been studied both experimentally and numerically. The flow and mixing have been characterized by means of flow visualization and simultaneous PIV (Particle Imaging Velocimetry) and PLIF (Planar Laser Induced Fluorescence) measurements. PLIF visualizations showed clear evidences of different transport mechanisms including « intravortex mixing » and « inter-vortex mixing ». Under WVF and MWVF regimes, intra-vortex mixing is controlled by chaotic advection, due to the 3D nature of the flow, while inter-vortex transport occurs due to the presence of waves between neighbouring vortices. The combination of these two mechanisms results in enhanced axial dispersion. We showed that hysteresis may occur between consecutive regimes depending on flow history and this may have a significant effect on mixing for a given Reynolds number. The axial dispersion coefficient Dx evolution along the successive flow states was investigated thanks to dye Residence Time Distribution measurements (RTD) and particle tracking (DNS). Both experimental and numerical results have confirmed the significant effect of the flow structure and history on axial dispersion. Our study confirmed that the commonly used 1-parameter chemical engineering models (e.g. the « well-mixed stirred tanks in serie » model) are not valid for Taylor-Couette reactors modelling : two parameters are at least required for an efficient description of mixing in Taylor-Couette flows.

Cette étude a pour but d'améliorer la compréhension des mécanismes responsables de la croissance des anévrismes aortiques abdominaux (AAA) et plus particulièrement de quantifier les effets des stimuli mécaniques sur la maladie. Des études récentes ont associé la plupart des maladies cardiovasculaires à des changements des contraintes pariétales et de leurs gradients. Toute modification des contraintes hémodynamiques influe l'intégrité structurelle de la paroi, à cause des changements induits sur la morphologie et les fonctions des cellules endothéliales et des cellules sanguines en circulation. Des mesures PIV (Particle Image Velocimetry) de l'écoulement pulsé ont été réalisées dans des modèles d'anévrismes, dont les paramètres géométriques ont été changés systématiquement. Les résultats de l'étude paramétrique montrent que l'écoulement décolle de la paroi même aux stades très précoces de la maladie (dilatation >= 30%). Un large anneau de vorticité est formé dans les modèles symétriques d'anévrismes, suivi de couches de mélange. Deux régions distinctes peuvent être identifiées : une zone de décollement caractérisée parde faibles contraintes oscillantes, et une région distale de réattachement, où de larges contraintes pariétales négatives et des gradients entretenus apparaissent en réponse à l'impact de l'anneau tourbillonnaire sur la paroi. La perte de symétrie des modèles engendre un écoulement hélicoïdal. Le tourbillon qui domine l'écoulement se détache de la paroi à la courbure maximale (paroi antérieure). Il conduit à la formation d'une zone de recirculation, où les cellules endothéliales sont soumises à des contraintes pariétales négatives et quasi-permanentes avec de très faibles amplitudes, alors que la paroi postérieure est exposée à des contraintes proches de celles d'une aorte saine. Des gradients de contraintes sont générés aux cous de l'anévrisme, ainsi qu'au point d'impact du tourbillon. Un suivi Lagrangien de cellules sanguines à l'intérieur des différents modèles d'anévrisme montre que l'élargissement de l'anévrisme conduit à une augmentation du temps de résidence des cellules. Lors de leur recirculation, les cellules sont périodiquement soumises à de larges contraintes près de laparoi et dans les couches de mélange, ce qui peut conduire à l'activation des cellules. La structure tourbillonnaire de l'écoulement convecte les cellules vers la paroi, ce qui augmente la probabilité de dépôt des cellules sur la paroi et par conséquent de formation d'un thrombus endoluminal.

Un jet heurtant une plaque fendue peut générer, dans certaines configurations, des nuisances sonores. En effet, l’interaction de l’écoulement et de l’obstacle au niveau de la fente, sous certaines conditions, donne naissance à une perturbation remontant l’écoulement et pouvant contrôler son détachement à sa naissance. La perturbation produite par cette boucle de rétroaction optimise le transfert d’énergie du champ aérodynamique du jet vers le champ acoustique rayonné. Afin d’appréhender la dynamique tourbillonnaire, d’analyser les couplages entre cette dernière et les émissions sonores générées et de mieux comprendre les phénomènes responsables de ces nuisances, un dispositif expérimental basé sur de la métrologie laser a été réalisé. Ce système permet, d’une part, la génération de l’écoulement et la maitrise de ses paramètres (confinement, vitesse, forme,…) et d’autre part, la réalisation de plans lasers et de mesures par imagerie de particules (PIV). Ainsi le travail présenté dans ce manuscrit concerne les couplages qui existent entre la dynamique de l’écoulement heurtant une plaque fendue et les champs acoustiques générés. Les mesures de champs cinématiques d’un jet plan heurtant une plaque fendue par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) sont réalisées simultanément avec des mesures de champs acoustiques. Après avoir caractérisé les écoulements étudiés, on présente par des graphes spatio-temporels, les corrélations entre les signaux acoustiques et les vitesses de l’écoulement depuis la sortie du jet jusqu’à son arrivée à la plaque fendue. Ces corrélations sont calculées de deux manières : à partir de signaux bruts dans un premier temps, puis, dans un second temps, avec une méthode de pré-blanchiment (terme anglo-saxon : ‘’pre-whitening’’). Cette méthode vise à mettre en exergue l’existence d’une instabilité globale du jet qui existe dans les signaux analysés. Cette instabilité est importante pour la boucle de rétroaction des sons auto-entretenus, mais quasiment masquée devant les phénomènes principaux dominants (tourbillons primaires) dans le calcul des inter-corrélations. / Self-sustaining sounds related to aero-acoustic coupling occurs in impinging jets when a feedback loop is present between the jet exit and a slotted plate: the downstream-convected coherent structures and upstream-propagating pressure waves generated by the impingement of the coherent structures on the plate are phase locked at the nozzle exit. The upstream-propagating waves excite the thin shear layer near the nozzle lip and result in periodic coherent structures. The period is determined by the convection speed of the coherent structures and the distance between the nozzle and the plate. Simultaneous measurements of the velocity fields and the acoustic waves in a plane jet impinging a slotted plate were performed using time-resolved particle image velocimetry (PIV) and a microphone. A better understanding of the flow physics and the aero-acoustic coupling are obtained thanks to spatio-temporal cross-correlations between the transverse velocity and the acoustic signals. Cross-correlations are calculated using two different methods: classical analysis of the original signals and by developing a pre-whitening technique. The latter method is useful for analyzing small random signals superimposed on a high amplitude pure tone.

Un des enjeux de la Directive Cadre sur l'Eau (2000) est de rétablir la migration piscicole aval à travers notamment une baisse de la mortalité des poissons au niveau des turbines des centrales hydroélectriques. Les grilles ichtyocompatibles constituent une des solutions possibles grâce à un arrêt physique des poissons couplé à un guidage vers un exutoire de contournement. Dans ce contexte, nous avons mené une étude expérimentale et numérique afin de caractériser différents types de grilles en termes de pertes de charge et de courantologie. Cela a permis de déterminer d'une part les pertes d'énergie liées à la proximité des barreaux pour diverses configurations et d'autre part les vitesses que les poissons sont susceptibles de rencontrer le long des grilles jusqu'à l'exutoire. Ces deux sujets complémentaires ont été abordés via l'utilisation de deux installations hydrauliques couplées à plusieurs systèmes de mesure adaptés à nos modèles de grille. Des mesures de hauteur d'eau ont permis d'établir des nouvelles lois de pertes de charge tandis que des mesures de vitesse avec des systèmes de vélocimétrie acoustique par effet Doppler (ADV) et de vélocimétrie par images de particules (PIV) ont permis de déterminer les angles pour lesquels les grilles satisfont les critères d'ichtyocompatibilité. Certains points de l'étude, liés à la caractérisation des exutoires notamment, ont été résolus grâce à des simulations numériques avec le logiciel OpenFOAM. L'ensemble des résultats obtenus a permis de dimensionner et de comparer les différentes solutions de grilles dans un cas de prise d'eau réel, soulignant ainsi les avantages et problématiques inhérents à chacune des solutions. / The Water Framework Directive (2000) particularly aimed at restoring the fish downstream migration and at preventing fish from being injured or killed in hydropower plant turbines. Fish-friendly trashracks, which physically stop fish and guide them towards bypasses, are one of the possible solutions.In this context, we have carried out an experimental and numerical study focused on the characterization of head losses and velocity distributions for various kinds of trashrack. This helped to quantify the energy loss due to the narrow bar spacing and to assess the magnitude of velocities that fish may face in different trashrack configurations. Two hydraulic installations coupled with several measurement devices allowed the study of both topics on model trashracks. Water depth measurements resulted in new head loss equations while velocity measurements with acoustic Doppler velocimetry (ADV) and particle image velocimetry (PIV) systems allowed the determination of fish-friendly angles in different trashrack configurations. Some other points of the thesis, concerning for instance bypasses, have been investigated with numerical simulations using OpenFOAM software. All the results allowed the conception and the comparison of various trashrack solutions for a real water intake case, highlighting the advantages and drawbacks relative to each of these solutions.