Pendant la solidification d’alliages se développe au niveau de l’interface solide-liquide une microstructure dont les caractéristiques influencent fortement les propriétés macroscopiques du matériau. Sa formation est un processus dynamique dans lequel le réseau émerge, s’organise et s’ordonne progressivement. Sur terre, la convection dans la phase liquide perturbe la formation de cette microstructure. Pour éliminer la convection tout en conservant des échantillons tridimensionnels, des expériences en solidification dirigée d'alliages transparents (matériaux organiques modèles des alliages métalliques) ont été réalisées dans l’instrument DECLIC–DSI (CNES–NASA), en régime de transport diffusif à bord de la Station Spatiale Internationale. Une quantité considérable de données brutes a été obtenue durant la campagne d’expériences qui s’est déroulée entre 2010 et 2011.L’objectif de ces travaux de thèse est d'analyser la dynamique de formation et d’évolution du réseau interfacial, de sa naissance à l’état stationnaire. Afin d’exploiter les données, il a fallu développer des procédures performantes d’analyse d’images permettant le traitement automatisé de séquences complètes d’images. Nous avons également développé une procédure permettant d’analyser les séquences d’images interférométriques et ainsi de suivre l’évolution temporelle de la forme tridimensionnelle de l’interface.Deux axes principaux structurent ces travaux : d’une part, l’étude des mécanismes de sélection de l’espacement primaire, taille caractéristique de la microstructure; et d'autre part, la caractérisation approfondie du régime oscillant, instabilité secondaire du réseau cellulaire. / The study of solidification microstructure formation is of utmost importance for the design and processing of materials, as solid-liquid interface patterns largely govern mechanical and physical properties. Pattern selection occurs under dynamic conditions of growth. The materials of choice for direct visualization of interface dynamics are transparent organic analogs. On Earth, convection alters the formation of cellular and dendritic microstructures. The micro-gravity of Space is therefore mandatory for fluid flow elimination in bulk samples. Over a hundred days of experiments between 2010 and 2011 were carried out in the DECLIC-DSI, (CNES-NASA) onboard the International Space Station. During the experimental campaign, a huge amount of data, mainly images, was obtained. The objective of this thesis work is to study the dynamics of formation and evolution of the interfacial array, from its birth to its steady state.A significant amount of work was the development of in-house software to robustly treat the white-light and interferometric image sequences.Two major topics are examined in this work: First, the study of the selection of primary spacing (the microstructure's characteristic size). Second, the in-depth characterization of pattern oscillation, which is a secondary instability of the cellular pattern. The analysis of the results is supported by 3D phase-field simulation, undertaken by the modellers in this team and in the team of Pr. A. Karma (Northeastern University, Boston).

L’objectif de ce travail est d’approfondir les connaissances sur les phénomènes mis en jeu lors de la combustion de carburant liquide dispersé sous forme d’aérosol. De nombreux propulseurs (moteurs de fusée, turbines à gaz, moteurs à combustion interne..) reposent sur la combustion de combustibles initialement sous forme liquide. Or, la combustion diphasique est un phénomène très complexe faisant intervenir de nombreux processus: atomisation, interaction entre gouttelettes, vaporisation, écoulement diphasique, cinétique chimique, propagation de flamme. Tous ces phénomènes étant couplés, une description complète est seulement possible par le biais de simulations numériques ; mais les investigations expérimentales sont nécessaires pour fournir des données aussi quantitatives que possible dans des configurations simples afin de proposer ou de confirmer des modèles prenant en compte ces couplages. Ainsi, des études théoriques, expérimentales et numériques, doivent être menées en parallèle pour accroître les connaissances dans le domaine de la combustion diphasique et améliorer le fonctionnement des applications actuelles. Ce travail a été initié dans le cadre du Groupement de Recherche « Micropesanteur Fondamentale et Appliquée » du CNRS et du CNES, en 2008. Il est la suite des précédents travaux sur la vaporisation et la combustion des gouttes en microgravité conduites à ICARE et soutenus par le CNES durant de longues années. Cette nouvelle étude a essentiellement porté sur la détermination expérimentale des vitesses de propagation des flammes dans un aérosol (ou brouillard). Elle s’est appuyée sur l'utilisation d’une chambre de combustion haute pression développée à ICARE. Les expériences ont été principalement conduites sous des conditions de gravité réduite, pour éviter les problèmes de sédimentation de la phase dispersée. Cet appareillage a été conçu et élaboré pour être utilisé à bord de l’Airbus A300-0g du CNES. / Spray and aerosol cloud combustion accounts for 25% of the world’s energy use, and yet it remains poorly understood from both a fundamental and a practical perspective. Realistic sprays have a liquid breakup region, a dispersed multiphase flow, turbulent mixing processes, and various levels of flame interactions through the spray. Idealization of spray configurations in a quiescent environment (the starting point for models) has been impossible in 1 g due to the settling of large droplets and the buoyant pluming of post combustion gases. Testing in microgravity conditions relates to the possibility of creating aerosols without sedimentation effects. This research was to determine experimentally the flame propagation velocity in aerosols. First, the size of droplets in the aerosol was characterized using a laser diffraction particle size analyzer “Sympatec-HELOS”, and using ethanol as fuel. Second, high-Pressure combustion studies were performed using a high-Pressure combustion chamber (max pressure 12 MPa). These pieces of equipment were designed to be used in microgravity while aboard the Airbus A300-0g of the CNES. After ground tests, five parabolic flight campaigns were conducted. A systematic comparative analysis for identical initial conditions in both normal and reduced gravity was performed. The effects of initial temperature and pressure on the droplet diameter distribution of the aerosol, the effects of gravity on the flame behavior for both vapor-Air and droplet-Vapor-Air mixtures, and the effect of drops size on the flame speed and structure were all studied.

Les mousses liquides sont des dispersions des bulles dans l'eau et elles sont largement utilisées dans un grand nombre de procédés technologiques et d’applications commerciales. Dans ma thèse, je me concentre sur les différents problèmes concernant les propriétés des mousses aqueuses et en particulier les écoulements gravitationnels dans les mousses.Les mousses contiennent une grande quantité d'interfaces couvertes par des molécules amphiphiles, et l'échange des tensioactifs entre l'interface et la phase volumique joue un rôle important pour la génération et la stabilité des mousses. Donc, mon premier projet a été d'étudier la dynamique d'adsorption de systèmes modèles aux interfaces air/eau. Les résultats obtenus nous ont aidés à comprendre comment l'adsorption lente des tensioactifs lors de la génération de la mousse peut influencer la mobilité des interfaces et changer le drainage de la mousse. Pour étudier les différents aspects de la physique de la mousse à l'échelle des bulles, des mousses pseudo-bidimensionnelles (des monocouches des bulles serrées entre deux plaques) sont largement utilisées. Dans ma thèse un modèle pour décrire la géométrie d'une mousse pseudo-bidimensionnelle a été introduit, cette description a été utilisée pour modéliser les conductivités électriques et hydrauliques de ces mousses. Dans certaines applications (par exemple, dans les industries du papier et de la peinture) la formation de la mousse peut causer de graves problèmes et des agents antimoussants appropriés sont utilisés. Dans ma thèse l'influence de la gravité sur l'efficacité antimoussante des gouttes d'huile de silicone a été étudiée expérimentalement en utilisant des vols paraboliques. Les résultats montrent que les particules antimoussantes ont besoin de la gravité pour être transportées d'une manière efficace, et la microgravité rend les antimousses très efficaces pratiquement inutiles. Etant initialement motivé par le transport des particules dans les mousses, j'ai également examiné la sédimentation des particules solides dans les capillaires de verre verticaux et inclinés. / Liquid foams are dispersions of bubbles in water and they are widely used in a large number of technical processes and commercial applications. In the present thesis I focus on different problems concerning properties of aqueous foams and especially gravity-driven flows in foams. Foams contain a large quantity of interfaces covered by surfactant molecules and the surfactant exchange between bulk and interface plays a crucial role for foam generation and stability. So my first project was to study the adsorption dynamics of model surfactant systems at air/water interfaces. The obtained results helped us to understand how the slow surfactant adsorption during foam generation can influence the mobility of interfaces and change foam drainage. To study different aspects of foam physics at the bubble scale simplified quasi-2D foams (monolayers of bubbles squeezed between two plates) are widely used. In this thesis a model to describe the geometry of a quasi-2D foam was introduced, this description was used to model the electrical and flow conductivities of such foams. In some applications (for example, in the paper and paint industries) foam formation can cause serious problems and suitable antifoaming agents need to be used. In my thesis the influence of gravity on the antifoaming efficiency of silicone oil droplets has been experimentally studied using parabolic flights. The results show that antifoam particles need gravity to be efficiently transported, and microgravity can render highly efficient antifoam practically useless. Being initially motivated by particle transport in foams, I have also looked at the sedimentation of solid particles in vertical and inclined glass capillaries.

Quel rôle joue la gravité dans les représentations internes de l'action ? Au-delà des contraintes d'équilibre, le vecteur gravitaire influence-t-il l'action de façon globale, jusqu'à la perception des mouvements de nos semblables ? Ces questions ont été celles qui ont guidé mes travaux de thèse. L'originalité de notre approche a été de placer l'exécution et la perception de l'action dans un « continuum fonctionnel » s'articulant autour des représentations internes de l'action. Pour ce faire, l'outil de choix qui est commun aux trois expériences de cette thèse est la microgravité (0G). Les expériences de cette thèse ont montré que les représentations internes de l'action se nourrissaient des informations graviceptives pour se construire et s'adapter constamment. Cependant, dans certaines conditions telle que la 0G à court terme, apparaît un ordre de priorité. En effet, le SNC est capable de mettre en place des solutions immédiates et efficaces pour l'exécution, comme en témoigne la repondération sensorielle rapide qui s'opère en 0G dans une tâche d'orientation posturale. Cependant, un temps de latence est observé dans la recalibration des modèles internes sur la base des afférences sensorielles fortement perturbées. C'est ce que nous avons montré grâce à un protocole d'imagerie motrice, mettant en évidence une perte de l'isochronie entre les mouvements exécutés et imaginés en 0G. Enfin, nous avons mis en évidence, chez des sujets sans expérience aucune de microgravité, que la perception du mouvement humain est efficace même lorsque ce dernier est exécuté en apesanteur, bien que des réseaux cérébraux différents soient mis en jeux. / What is the role of gravity in the internal representations of action? Beyond the constraints of balance, does the gravity vector influence the action globally, up to the perception of our peers' movement? These issues have guided my thesis work. The originality of our approach was to place the execution and the perception of action in a "functional continuum" built around the internal representations of the action. To do this, the tool of choice, that is common to all three experiments presented here, is microgravity (0G). The experiments of this thesis showed that the internal representations of action are fed with graviceptive information to build and adapt constantly. However, under certain conditions such as short-term 0G, an order of priority appears. Indeed, the CNS is able to implement immediate and effective solutions, as we demonstrate it with the fast sensorial reweighting observed during a postural orientation task. However, a lag is observed in the recalibration of internal models based on sensory inputs severely disrupted. This is what we have shown through a protocol of motor imagery, showing a loss of isochrony between executed and imagined movements under 0G. Finally, we have demonstrated in subjects without any experience of microgravity, that the perception of human movement is effective even when it is performed in weightlessness, although different cerebral networks are involved.

La croissance et le détachement des bulles formées sur une paroi par injection ou ébullition sont présents dans de nombreuses situationsindustrielles (les contacteurs gaz/liquide, les évaporateurs ou des dispositifs d’impression à jet d’encre). Dans la plupart des applications, les bulles grossissent dans un écoulement cisaillé ou au repos et la plupart des études visent à prévoir le rayon de détachement par une analyse de l’équilibre des forces. Ainsi, une bonne modélisation des forces capillaires et hydrodynamiques est nécessaire pour prédire correctement le rayonau détachement. Dans un premier temps, la croissance quasi-statique d’une bulle d’air formée sur la paroi d’une cuve et d’un canal rectangulaire est étudiée. Trois substrats différents sont utilisés pour observer l’influence des conditions de mouillage. La dynamique de la croissance de la bulle et le détachement sont alors enregistrés différentes configurations : canal horizontal, canal incliné, avec et sans écoulement liquide. Ensuite,le comportement des bulles de vapeurs en croissance sur une paroi en ébullition en vase et convective est étudié. Les expériences sonteffectuées en gravité terrestre et en microgravité dans un liquide sous-refroidi (HFE 7000) à basse pression (1-2bars). Des bulles de vapeurssont nuclées sur la paroi par l’intermédiaire d’un générateur de bulles. Ce dernier chauffe le liquide environnant au-dessus de sa température de saturation. Les bulles croient sur le site de nucléation dans un écoulement cisaillé et se détachent soit directement soit en glissant le long de la paroi. Une copie de la cellule d’essai appelée RUBI développée par l’ESA est implémentée dans le dispositif expérimental pour effectuer lespremières expériences en microgravité avant son lancement dans la station spatiale ISS. Toutes les acquisitions sont filmées à l’aide d’une caméra rapide et l’extraction du contour de la bulle est réalisée par traitement d’images. Différentes forces agissant sur une bulle sont calculées à partir des paramètres géométriques de la bulle. Un modèle prédictif de détachement de bulles est proposé. Enfin, un bilan thermique diphasique est effectué. / The growth and departure of bubbles nucleated on a wall are of particular interest in industrial situations such as gas/liquid contactors in chemicalprocessing, vapor nucleation in evaporators or inkjet printing devices. In most of these industrial applications, the bubbles grow in a shear flow and most studies aim topredict the radius at detachment by a force balance analysis. Thus a good modeling of both the hydrodynamic and capillary forces is needed to predict correctly this radius. First, the quasi-static growth of an air bubble nucleated on the wall of a tank and a rectangular channel is investigated. Three different substrates are used to observe the wettability effect. The dynamics of the bubble growth and detachment is then recorded for different configurations : horizontal channel, inclined channel, with and without a shear flow. Then, behavior of vapor bubbles growing at a wall in pool boiling and flow boiling is investigated. Experiments are performed in normal and microgravity environments with a subcooled test liquid HFE-7000 at low pressure (1-2 bars). Vapor bubbles are nucleated on the wall by a bubble generator that heats the liquid above its saturation temperature. This bubble generator was designed to provide nucleation on an isolated site. These bubbles grow on this nucleation site under an imposed shear flow and depart downstream either along the wall or perpendicularly. A copy of the test cell called RUBI developed by ESA is included in our experiment to perform the first experiments in microgravity before its launch to the ISS. Geometric and kinematic features of the air bubbles and vapor bubblesare measured by processing images obtained by high-speed video recordings. Different forces acting on the bubbles are calculated from these measurements, using a point force approach. The validity of this mechanistic approach to the bubble dynamics is discussed. At last, heat transfer balance is estimated on the bubble.

Les missions spatiales et les études de simulation par alitement prolongé ont montré que l’inactivité physique induite par la microgravité affecte l’ensemble des systèmes physiologiques chez l’humain. En condition d’alitement prolongé notre laboratoire (UMR7178, IPHC, DEPE, Strasbourg) a montré que l’adaptation métabolique était proche de celle retrouvée dans le syndrome métabolique associé, dans la population générale, à de nombreuses pathologies. Une hypothèse a été émise pour décrire la cascade des événements entraînant les dérèglements métaboliques en microgravité simulée. Cette cascade d’adaptations aurait pour conséquence le développement d’un état d’inflexibilité métabolique, définie comme une incapacité à ajuster l’utilisation des nutriments comme substrats aux changements de disponibilité des nutriments et dont la compréhension reste toutefois incomplète. Lors de ce projet de thèse, nous nous sommes attachés à caractériser le syndrome d’inflexibilité métabolique chez l’Humain à travers l’investigation clinique de l’état musculaire, de l’inflammation et du stress oxydant, de la sensibilité à l’insuline et de l’oxydation des substrats énergétiques au cours d’une étude de preuve de concept et d’une étude de simulation de microgravité de 60 jours. Sur la base d’études récentes démontrant l’impact de compléments nutritionnels sur les adaptations métaboliques associées à de nombreuses maladies métaboliques chroniques, une étude de preuve de concept a permis de tester l’efficacité d’un cocktail nutritionnel composé de polyphénols, d’oméga-3, de vitamine E et de sélénium. La supplémentation a permis de réduire l’atrophie musculaire, le stress oxydant et le développement d’une inflexibilité métabolique par l’intermédiaire d’une meilleure oxydation lipidique et d’une réduction de la lipogenèse de novo suite à une période d’inactivité physique de 20 jours. Sur la base de ces premiers résultats, une étude d’alitement de 60 jours a été menée chez l’Humain pour tester les effets du cocktail nutritionnel en condition de microgravité simulée. Dans cette seconde étude, la supplémentation nutritionnelle a permis de prévenir au moins partiellement des adaptations aigües et chroniques engendrées par l’inactivité physique au cours de l’alitement. En particulier la supplémentation a augmenté les défenses sanguines anti-oxydantes, a prévenu l’augmentation de la lipidémie et la réduction de l’oxydation lipidique et a contenu le développement d’une inflexibilité métabolique aiguë et chronique en absence de challenge métabolique. Toutefois la contremesure n’a pas eu d’effet protecteur suite à un challenge métabolique sous forme de surnutrition glucidique. L’ensemble des résultats indique que le développement d’une inflexibilité métabolique apparaît comme un événement précoce, qui, décelé à temps pourrait se révéler comme un biomarqueur d’intolérance au glucose dans des stratégies de prévention des maladies chroniques du XXIème siècle. Plus encore, cette étude a permis de démontrer l’atout d’un cocktail antioxydant et anti-inflammatoire en limitant les altérations métaboliques sans avoir d'effets néfastes sur les autres systèmes, tout en étant une contremesure facile à mettre en œuvre et peu coûteuse. Quand bien même la contremesure nutritionnelle utilisée lors de cette étude ne serait pas suffisante pour maintenir l’ensemble des systèmes physiologiques intacts, d’autres études devront être menées afin de trouver la combinaison de contremesures idéale permettant de limiter les dégradations induites par la microgravité et ainsi permettre des nouvelles avancées dans l’exploration spatiale (Lune, Mars) au cours des prochaines décennies. En ce sens, un protocole adapté d’activité physique combiné à une contremesure nutritionnelle sous forme de cocktail semble être une piste prometteuse. / Space missions and bedrest simulation studies have shown that physical inactivity affects all physiological systems in humans. In prolonged bed rest conditions, our laboratory (UMR7178, IPHC, DEPE, Strasbourg) showed that metabolic adaptations were close to that found in the metabolic syndrome associated with metabolic chronic diseases in the general population. Based on these results, we proposed a hypothesis to describe the cascade of events leading to metabolic alterations in simulated microgravity, leading to the development of metabolic inflexibility. Metabolic inflexibility is defined as the inability of the body to adjust fuel use to changes in fuel availability. The first objective of this Thesis was to test this hypothesis and understand the mechanisms underlying the simulated microgravity induced metabolic alterations. Specifically, we focused on characterizing the metabolic inflexibility syndrome in humans through clinical investigation of muscle condition, inflammation and oxidative stress, insulin sensitivity and oxidation of energy substrates in a proof of concept study and a 60-day microgravity simulation study in healthy male adults. Based on recent studies demonstrating the impact of nutritional supplements on metabolic adaptations associated with many chronic metabolic diseases, a proof-of-concept study tested the efficacy of a nutritional cocktail composed of polyphenols, omega-3, vitamin E and selenium. In the feasibility study, we showed that supplementation reduced muscle atrophy, oxidative stress and the development of metabolic inflexibility via an improvement in lipid oxidation and a reduction in de novo lipogenesis following a 20-day period of physical inactivity induced by daily step reduction. Based on these first results, a 60-day bed rest study was conducted in health men to test the effects of the dietary cocktail in simulated microgravity conditions. In this second human clinical research study, nutritional supplementation prevented at least partially acute and chronic adaptations caused by physical inactivity induced by bed rest. In particular, supplementation increased antioxidant blood defenses, prevented increased lipid levels, reduced lipid oxidation and mitigated the development of acute and chronic metabolic inflexibility in absence of metabolic challenge. However, the countermeasure did not have a protective effect following a metabolic challenge in the form of carbohydrate overnutrition. All the results indicate that the development of metabolic inflexibility appears to be an early event, which, if detected in time, could prove to be a useful biomarker to use to prevent chronic diseases in the 21st century. Moreover, this study demonstrated the advantage of an antioxidant and anti-inflammatory cocktail by limiting metabolic alterations without having harmful effects on other systems, while being easy to implement and cost-effective. Even if the nutritional countermeasure used in this study is not sufficient to keep all physiological systems intact, further studies will have to be carried out to find the ideal combination of countermeasures to limit microgravity-induced degradation and thus allow new advances in space exploration (Moon, Mars) over the next decades. In this line, an adapted protocol of physical activity combined with a nutritional countermeasure in the form of a cocktail could be a promising approach.

Les écoulements diphasiques avec ou sans changement de phase sont présents dans les applications terrestres et spatiales avec notamment le contrôle thermique des satellites par boucle diphasique, l’alimentation en propergol des moteurs de fusée et le traitement des eaux usées pour les missions d’exploration spatiale. Des expériences d’ébullition convective dans un tube chauffé avec du HFE7000 ont été menées en écoulement vertical ascendant au sol et en microgravité conditions afin de caractériser les régimes d’écoulements et de mesurer les transferts de chaleur, le taux de vide et les pertes de pression. Les mesures de taux de vide ont permis de caractériser la vitesse moyenne de la phase vapeur et l’épaisseur du film liquide en écoulement annulaire. En microgravité, l’épaisseur du film liquide et le frottement interfacial sont inférieurs aux conditions de gravité terrestre. La structure du film liquide a été caractérisée par des visualisation rapides. L’impact de la gravité, des vitesses superficielles du liquide et de la vapeur sur la célérité et la fréquence des ondes perturbatrices a été mis en évidence. Deux techniques de mesure ont été implémentées et comparées pour la mesure du coefficient d’échange de chaleur. En ébullition convective saturée pour des titres massiques supérieurs à 0.2, le transfert de chaleur est peu sensible à la gravité et en bon accord avec des corrélations de la littérature. En ébullition nucléée sous refroidie pour des titres inférieurs à 0.1, le transfert de chaleur est significativement plus faible en microgravité. / Two-phase flows with or without phase change are present in terrestrial and space applications like thermal control of satellites, propellant supply for launchers, and waste water treatment for space exploration missions. Flow boiling experiment with HFE7000 were conducted in a heated tube in vertical upward flow on ground and in microgravity conditions to collect data on flow patterns, pressure drops, heat transfers, void fraction. Void fraction measurements allowed to measure mean gas velocity and the liquid film thickness in annular flow. In microgravity condition, the liquid film thickness and the interfacial shear stress are significantly lower than in normal gravity. A detail analysis of the film structure was performed by image processing. The impact of gravity and liquid and vapour superficial velocities on the disturbance waves velocities and frequencies was investigated. Two different measurement techniques were used and compared to determine the heat transfer coefficient. For quality values greater than 0.2, HTC is not sensitive to gravity and is in good agreement with classical correlations of the literature. For qualities smaller than 0.1, in the subcooled nucleate boiling regime HTC is significantly smaller in microgravityconditions.

Les travaux présentés dans ce mémoire de HDR sont la synthèse de six années de recherche sur l'influence de la pesanteur lors des transferts de chaleur et de masse par ébullition et évaporation. Dans le premier chapitre de ce mémoire, je présente une synthèse de la littérature depuis 2003 sur mes activités de recherche. Je mets l'accent sur les techniques employées et les approches choisies pour comprendre les phénomènes physiques rencontrés que ce soit en évaporation ou en ébullition. A la fin de chaque section de ce chapitre, je fais le point sur notre positionnement par rapport à ces activités, je retrace le cheminement qui nous amenes à développer les méthodes inverses en conduction de la chaleur appliquées à l'ébullition convective, ou à développer l'imagerie infrarouge aux gouttes en évaporation. Dans le second chapitre de ce mémoire, je détaille les travaux effectués en présentant de manière synthétique les méthodes et outils ainsi que les résultats obtenus. Il ne s'agit pas dans ce chapitre de s'appesantir sur les détails techniques de construction des expériences qui ont déjà été publiés dans les articles en annexe. Dans le troisième chapitre de ce mémoire qui est divisé en deux sections distinctes, je présente dans un premier temps les projets acceptés qui vont démarrer dans les mois à venir. Dans un second temps, je présente des perspectives de recherche au travers de proposition de recherche qui déjà fait l'objet de demande de financement.

Les macroségrégations sont des hétérogénéités de répartition des espèces chimiques en peau ou à coeur des produits sidérurgiques. Ces macroségrégations peuvent engendrer de sévères problèmes dans la chaîne de transformation aval. Contrairement à la plupart des études qui s'intéressent aux macroségrégations centrales, nos travaux portent sur la simulation des macroségrégations en peau induites par déformations thermomécaniques. La simulation a été construite en trois étapes. La première étape consiste à simuler la macroségrégation en l'absence de toute déformation du solide, c'est-à-dire à solide fixe et rigide. La deuxième étape, indépendante de la première, revient à calculer uniquement la déformation du solide. Enfin, la dernière étape correspond à la réunion des deux premières. Les équations du problème sont résolues grâce à la méthode des éléments finis à laquelle sont adjointes des méthodes de stabilisation. Pour chacune des étapes, les simulations se basent sur des expériences. Pour la première étape, la validation s'appuie sur l'expérience de Hebditch & Hunt. Les résultats numériques et expérimentaux concordent. L'expérience qui sert de point de comparaison pour la deuxième étape est l'expérience de la déformation d'une goutte de métal liquide lors de son refroidissement par une plaque en cuivre. Cette expérience a été mise en place par un des partenaires du projet et s'est déroulée en microgravité. La déformation numérique obtenue suit la même tendance que celle de l'expérience mais avec une intensité inférieure. La dernière étape s'est appuyée sur l'expérience de refroidissement pulsé d'un lingot effectuée par El-Bealy. La simulation prévoit des variations de ségrégation mais n'arrive pas à capter toutes les variations expérimentales, conséquences de la déformation du solide. Des calculs sans thermomécanique montrent que notre simulation semble moins sensible à la déformation que l'expérience. L'ensemble des simulations a mis en jeu des alliages binaires. Un cas de solidification d'alliage ternaire sans déformation du solide a été simulé.

Le but de cette thèse est de modéliser les vibrations linéaires des liquides (ballottement) dans des environnements de faible gravité ou de microgravité. L'étude de la dynamique des engins spatiaux contenant des liquides, fait partie des applications possibles. Du fait du faible niveau de gravité, les phénomènes de tension superficielle (capillarité) à la surface libre du liquide sont prépondérants. Leur prise en compte introduit, d'une part, des forces supplémentaires proportionnelles à la courbure de la surface libre, et d'autre part une condition sur l'angle de contact entre la surface libre du liquide et la paroi interne du réservoir. La première partie de ce document traite le problème de recherche de la position d'équilibre du liquide au sein du réservoir, c'est-à-dire vise à déterminer la géométrie du ménisque formé par la surface libre du liquide à l'équilibre. La deuxième partie est consacrée à l'étude du ballottement du liquide autour de cette position d'équilibre. L'originalité de ce travail est de traiter ces deux problèmes (statique et dynamique) d'un point de vu tridimensionnel, en utilisant des formulations variationnelles évitant le calcul explicite des courbures de la surface libre. Dans les deux parties, la discrétisation a pu ainsi être faite en utilisant des Eléments Finis linéaires, et on a pu, dans la partie dynamique, aboutir à un problème spectral symétrique. Les résultats obtenus, en statique et en dynamique, ont été validés sur des cas simples où des solutions analytiques ou semi-analytiques sont disponibles.