The present text, submitted to the University of Liège in fulfillment of the requirements for the degree of Docteur en Sciences de lIngénieur, aims at improving the understanding and description of air‐water interactions in transient flows. A particular emphasis is set on phenomena relevant in civil and environmental engineering, like rivers, pipes, and hydraulic structures. Theoretical results of this doctoral research may be summarized in two main propositions. First, I show that any mathematical model for free surface flows can be extended to pressurized flows. Second, the multiphase drift‐flux model is proven an adequate alternative to Navier‐ Stokes equations in civil and environmental engineering. These propositions underpin the development of original mathematical models and new computational codes (WOLF1D and WOLF IMPack). Validation and application on actual cases prove the efficiency of the new approach. Original concepts introduced in this thesis pave the way for further research on environmental flows, especially on the mathematical description of transport phenomena (pollutants, sediments) and heterogeneous interactions (vegetation, rough bed).

MAGNETO-CONVECTION DANS UNE SPHERE EN ROTATION RAPIDE: APPROCHES NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE DE LA CONVECTION DANS LES NOYAUX PLANETAIRES Nous avons tout d'abord eudie la convection deloppee en rotation rapide sans champ magneique. En nous appuyant sur un code numerique Quasi-Gestrophique, nous avons derive des lois d'echelles mettant en valeur l'importance des non-linearites thermique, quel que soit le nombre de Prandtl. L'ecart au seuil d'instabilit et le mode de Rossby critique semblent definir la taille et l'intensite des tourbillons convectifs. Ces resultats numeriques sont en bon accord avec nos observations experimentales, en gallium et en eau, des fluctuations de temperature et des profils de vitesses. Cependant d'etranges comportements (d'intenses jets zonaux) sont observes en eau a grand forcage. L'etude de la magneto-convection developpee a ete menee apres transformation de l'experience et du code numerique. En accord avec de precedents resultats asymptotiques, l'etude numerique distingue les modes de Rossby modifies (champ faible) des modes magnetiques (champ fort). L'etude experimentale, appuyee par les resultats numeriques, montre une stabilisation de la convection developpee et une modification de la geometrie des cellules en champ faible. Cette inhibition semble en grande partie la consequence de l'evolution du seuil d'instabilite avec le champ impose. L'etude numerique de la destabilisation de la convection en presence d'un champ fort amene a une conclusion similaire. Les lois d'echelles derivees precedemment sans champ magnetique semblent alors rester valable en presence d'un champ impose.

La thèse " Modélisation mécanique et géométrique tridimensionnelle du rachis thoracique et lombaire en configuration de choc automobile " est une coopération entre le Laboratoire de Biomécanique de l'ENSAM de Paris (LBM) et le Laboratoire d'Accidentologie et Biomécanique (LAB) crée par les constructeurs PSA - Peugeot Citroën - et Renault. Elle porte sur la réalisation d'un modèle numérique du rachis thoracique et lombaire, représenté en position assise, et validé dans le domaine statique et surtout dynamique. Il a pour vocation d'être intégré au sein d'un modèle entier d'" être humain ", ce qui permettra d'améliorer la réponse lésionnelle de ce dernier lors d'une simulation de choc automobile.Le sujet se divise en trois parties : une recherche bibliographique dans laquelle nous avons recensé les articles portant sur les axes instantanés de rotation de segments rachidiens ainsi que les auteurs ayant étudié le comportement expérimental du rachis en dynamique. Enfin, nous avons recensé les articles portant sur la modélisation de la colonne vertébrale et sur la validation de ces modèles ; une partie expérimentale dans laquelle nous avons étudié le comportement dynamique de segments rachidiens thoraciques, thoraco-lombaires et lombaires. Les sollicitations dynamiques, imposées sous forme d'impacts, reproduisent des mouvements purs de flexion, torsion et inflexion. Les influences ligamentaires ont été quantifiées par des sections successives sur chaque spécimen. La volonté d'imposer des couples les plus purs possibles a nécessité la réalisation d'un banc d'essais complémentaire afin de connaître les positions des axes instantanés de rotation des spécimens testés ; une partie modélisation qui consiste à réaliser un modèle " éléments finis " du rachis lombaire et thoracique validé en statique par les données de la littérature et en dynamique par les expérimentations décrites précédemment.

Ces travaux de these s'integrent dans les objectifs du projet international d'Analyse de la Mousson Africaine (AMMA). Ils abordent la caracterisation des echanges entre l'ocean et l'atmosphere dans l'Atlantique Equatorial Est (AEE) de l'echelle diurne a interannuelle a partir de donnees d'observation et de la modelisation numerique. Ces echanges sont d'une tr'es grande importance pour le declenchement de la Mousson Africaine qui determine en grande partie la saison des pluies en Afrique de l'Ouest. Nous montrons que les parametres de la couche de melange oceanique dans le GG sont principalement pilotes, a l'echelle diurne, par les flux de chaleur et les processus de subsurface (l'entraınement, le melange vertical) et nous montrons aussi qu'a partir d'une parametrisation de la turbulence oceanique (TKE) fermee a l'ordre 1.5, on parvient a restituer la turbulence oceanique observee dans cette region. Afin de quantifier le role de la tension du vent sur la variabilite des parametres de la couche de melange oceanique, nous utilisons un modele lineaire force par les anomalies de la tension du vent. Les resultats montrent que pres de l'equateur (3°S-3°N), le signal est retrouve ; par contre de part et d'autre de la bande 3°S-3°N, les amplitudes des parametres de la couche de melange sont tres largement sous estimes, ce qui montre que la tension du vent n'est pas le seul parametre a moduler la variabilite de la temperature surface 'a ces latitudes. Les bilans de chaleur integres sur la couche de melange ont permis de montrer le role des flux de chaleur et du melange vertical dans l'AEE. En effet, l'AEE est subdivise en plusieurs boıtes en tenant compte de la dynamique et de la thermodynamique et dans chaque boıte le bilan y est calcule. Les resultats montrent que les flux de chaleur et le m'elange vertical dominent le bilan aux echelles saisonniere et interannuelle. Ce melange vertical, calcule par residu, est compare avec les donnees independantes de turbulence oceanique (Dengler et al., 2010 ; Rhein et al., 2010) collectees lors des campagnes EGEE/AMMA en 2005-2007. Les resultats montrent que le residu se compare tres bien avec ces donnees independantes en terme de variabilite spatiale et temporelle. Le melange vertical est tres fort dans la region sauf dans les boıtes au sud de l'AEE et sa variabilite est largement pilotee par les flux de flottabilite et la tension du vent. En regard de ces resultats avec ceux obtenus sur le cycle diurne, on peut dire que dans l'AEE, la variabilite spatio-temporelle des parametres de la couche de melange est principalement pilotee a toutes les echelles par les flux de chaleur et les processus de subsurface.