La dilution en faible concentration de chaînes polymériques longues dans un fluide newtonien peut réduire la traînée turbulente, phénomène nommé ici DR (drag reduction). Les polymères s’étirent et s’enroulent successivement, en interaction avec les structures turbulentes, imposant à DR un comportement transitoire. Il en résulte que la DR traverse trois stades. Lors du premier, la DR démarre à zéro et descend à des valeurs négatives en raison d’un étirement considérable du polymère au début du processus, ce qui exige de l’énergie de l’écoulement. Une fois atteint le niveau minimal de réduction de la traînée, les polymères commencent leur cycle d’étirement-enroulement et la DR augmente en réponse au développement de structures turbulentes, pour en arriver à une valeur maximale, menant au début du deuxième stade. Cependant, les polymères peuvent subir une dégradation mécanique à la suite d’un étirement polymérique intense. Lorsque la dégradation polymérique devient assez prononcée, la DR redescend pour atteindre une valeur finale qui indique que la dégradation s’est arrêtée. Le processus de dégradation polymérique caractérise le troisième stade. Dans le présent travail, ces trois stades sont examinés à l’aide de simulations numériques directes d’écoulements turbulents viscoélastiques FENE-P en géométries du type Poiseuille plan et Couette plan, sur un large éventail de nombres de Reynolds, de nombres de Weissenberg et d’extension maximale de la chaîne polymérique. Les deux premiers stades sont étudiés à partir des analyses tensorielle, énergétique et spectrale. Un nouveau modèle de dégradation polymérique est proposé afin de reproduire numériquement le stade final. / The addition of a small amount of polymers of high molecular weight can lead to a pressure drop decrease in turbulent flows. The polymers successively stretch and coil by interacting with the turbulent structures, which imposes a transient behaviour on the drag reduction (DR). As a result, DR undergoes three stages over time: A, B, and C. In stage A, DR departs from zero and assumes negative values due to a significant polymer stretching at the beginning of the process, which requires energy from the flow. After the minimum DR is reached, the polymers start their coil-stretch cycle and DR increases in response to the development of turbulent structures, achieving a maximum value, which makes for the beginning of stage B. However, during their coil-stretch cycle, polymers can be mechanically degraded as a result of an intense polymer stretching, which reduces their ability to act as energy exchange agents. Hence, when polymer degradation becomes pronounced, DR decreases until achieving a final value. The polymer degradation process characterizes the stage C. In the present work, numerical analyses are conducted aiming to investigate the stages A, B and C. The transient aspects of the polymer induced drag reduction phenomenon are explored with the aid of direct numerical simulations of turbulent plane Poiseulle and Couette flows of viscoelastic FENE-P fluids taking into account a large range of Reynolds number, Weissenberg number and maximum polymer molecule extensibility. Stages A and B are carefully studied from tensor, energy budget and spectral perspectives. A polymer scission model is developed in order to numerically reproduce the stage C.

L'aviation civile a connu une forte croissance et occupe actuellement une place importante dans l'économie mondiale. L’intensification du trafic aérien s’accompagne d’une augmentation importante des émissions de gaz à effet de serre et d’aérosols dans la haute troposphère, ceux-ci contribuent au réchauffement climatique. Les particules de suie rejetées dans la haute troposphère peuvent agir comme noyaux de condensation et induire la formation de gouttelettes d'eau ou de particules de glace qui constituent les traînées de condensation (contrails). Celle-ci, peuvent persister et évoluer en formant des nuages artificiels, sous forme de cirrus induit. Ce travail vise à acquérir une meilleure connaissance du rôle des particules de suie dans le processus de formation des contrails. Pour mieux comprendre ce phénomène, nous avons déterminé la fraction activée et la sursaturation critique des suies avec un dispositif expérimental permettant de prélever les suies dans une flamme de laboratoire. Nous avons dans un premier temps déterminé les propriétés hygroscopiques des suies fraîches. Nous avons également évalué l’impact de la composition chimique du carburant (kérosène et diesel), la maturité et la taille des suies sur les propriétés hygroscopiques. Nous nous sommes ensuite intéressés à l’impact de différents vieillissements atmosphériques sur les propriétés hygroscopiques des suies kérosène. Enfin, nous avons estimé le paramètre d’hygroscopicité κ des suies fraîches (kérosène et diesel) et celui des suies ayant subi un vieillissement atmosphérique. / Civil aviation has traditionally experienced faster growth than most other industries, and currently is a leading part of the global transport economy. In parallel to the civil aviation growth, larger and larger amount of greenhouse gases and aerosol particles are emitted in the high troposphere. Especially, aerosol emissions can trigger the formation of condensation trails (contrails) that may persist and eventually evolve in cirrus-like artificial clouds. Soot particles released on the high troposphere may act as precursors for the water droplets or ice particles of which contrails are formed, ultimately initiating the formation of clouds in conditions where they would not otherwise persist. In this work we aim to gain better insights on the role of soot in the contrail formation process. To better understand this phenomenon, we determined the activated fraction and the critical supersaturation of soot sampled from laboratory flames. We evaluated the hygroscopic properties of fresh soot. We studied the influence of sampling method, particle size and maturity of soot. We were then interested in the impact of different atmospheric aging on the hygroscopic properties of kerosene soot. Finally, we determined the hygroscopicity parameter κ of fresh soot and aging soot (diesel and kerosene).

Sur fond de crise pétrolière, il devient crucial pour les industries de transport, civiles ou militaires, de réduire la consommation de carburant de leurs véhicules. Aussi. la réduction de leur traînée de frottement laisse espérer des gains énergétiques substantiels. Notamment à l'origine de cette force, la contrainte pariétale dans les couches limites turbulentes résulte de phénomènes dynamiques complexes difficilement observables et peu prévisibles. Il s'agit de structures tourbillonnaires cohérentes. dont les tailles et temps caractéristiques sont encore difficilement atteignables dans les applications industrielles. Pour mieux prévoir les gains potentiels et en vue d'une future démonstration expérimentale. des simulations numériques de leur contrôle au moyen d'un micro système d'actionnement original sont présentées dans ce mémoire. L'accent a été mis sur le réalisme de la modélisation. Ces travaux ont d'abord permis un diagnostic des techniques de simulation des couches limites spatiales et ont abouti à une amélioration des conditions d'entrée turbulentes et au développement d'une méthode performante de génération synthétique de turbulence. Des stratégies de contrôle ont ensuite été proposées, qui permettent d'accroître la faisabilité pratique des mécanismes associés au contrôle en opposition, bien connus de la littérature. La mise en œuvre de cette dernière stratégie au moyen d'un microsystème distribué réaliste a finalement permis de caractériser ses performances réelles. Les mécanismes d'interaction entre turbulence et actionneur sont précisément décrits. L'identification de facteurs de rendement permet alors d'orienter les futurs travaux à ce sujet. / The rising cost of oil leads most of transportation firms to work towards reducing the fuel consumption of their vehicles. ln aeronautical applications, they mainly focus on viscous drag reduction. which gives hope to considerable power savings. The approach followed in the present work aims at manipulating the turbulent features responsible for the friction force. Located in the turbulent part of boundary layers. they consist in coherent vortices. whose characteristic time and space scales are costly to reach experimentally and numerically. This work postulates that only a high level of realism could help to predict accurately the performance of coherent vortices-based drag control methods. It is therefore taken into account at three stages of the design of our flow control simulation. which are the choice of the Reynolds number, the control algorithm and the actuating system. First of all, the simulation of high Reynolds number spatial boundary layers is often limited by computing capacities. Thanks to an optimization of existing inflow boundary conditions, current work helps to reduce CPU cost and widens the field of reachable flow conditions. Secondly, two improvements of the well-known oppositiol control have been proposed to allow its experimental adaptation. They are assessed using large-eddy simulation (LES) at a reasonable cost. Finally, a realistic MEMS is mode lied and used to manipulate the fine turbulent structures in the vicinity of the wall. Real influence on drag as well as precise interaction mechanisms are described using direct numerical simulation (DNS). Efficiency parameters are identified and possible ways of improvement are indicated.

A caractérisation de l'écoulement, du transfert de chaleur et de masse lors du déplacement de gouttelettes de diamètre inferieur au millimètre dans un milieu extérieur font l'objet de notre étude. La première partie présente l'état de l'art des connaissances théoriques et expérimentales des comportements aérodynamiques ainsi que les mécanismes de transfert thermiques et massiques intervenant entre une phase dispersée et une phase continue. La deuxième partie est consacrée à l'étude du phénomène d'évaporation d'une gouttelette mono-dispersée en chute libre dans l'air. Pour cela, nous avons réalisé un dispositif expérimental. Les mesures, nous permettent de prédire l'évaporation de la gouttelette en fonction des caractéristiques physico-chimiques et de l'hygrométrie du milieu extérieur. Pour la modélisation du transfert de chaleur et de masse nous avons utilisé un modèle simple qui tient en compte du couplage entre le mouvement et les phénomènes de transferts, validé dans une précédente étude au sein du laboratoire. Un bon accord est observé. La troisième partie traite de la simulation numérique de l'interaction entre les particules sphériques dans un régime laminaire. Tout d'abord, nous avons proposé et validé un modèle simple qui ne tient pas en compte des phénomènes d'interaction. Les résultats obtenus sont en concordance avec la littérature. Par la suite, nous avons étudié l'interaction entre trois particules identiques et co-alignées. Ce modèle tient compte de la nature de la particule, du nombre du Reynolds et de la distance de séparation. Nous avons validé ce travail par une comparaison avec une étude précédente que nous avons généralisé. La dernière partie est cernée sur l'étude de la dispersion des gouttelettes dans un écoulement turbulent homogène et isotrope. Pour cela, nous avons proposé un modèle Lagrangien de suivi des trajectoires. La production de la turbulence est assurée par une condition de turbulence de grille. Nous avons considéré que les caractéristiques moyennes de l'écoulement fluide sont connues. La sélection des fluctuations de vitesse turbulente est assurée par une méthode probabiliste gaussienne que nous avons développée. La fluctuation est conservée durant un certain temps lié à turbulence, elle est renouvelée au cours du calcul. Ce renouvellement est donné par le temps caractéristique de turbulence.

ALe travail réalisé dans le cadre de cette thèse en co-tutelle est à cheval entre deux domaines d’étude de l’interférence de sillage d’obstacle non profilé (soit un cylindre ou deux cylindres en tandem) et celle des zones de recirculations dans un sluice artisanal (un appareil de tri d’or). Notre étude contribue à l’étude des écoulements à surface libre par combinaison de quelques méthodes expérimentales. Nous avons couplé quelques techniques entre autres la visualisation de la topologie du sillage proche par la caméra CCD embarquée, les mesures des champs de vitesse par PIV et des efforts hydrodynamiques. Ainsi, le cylindre animé d’un mouvement uniformément accéléré/décéléré est caractérisé par les forces de traînée et de portance, les enveloppes des maximas, la longueur de le zone de recirculation et le nombre de Strouhal local. Dont ce dernier a une valeur avoisinant de 0.4 près de la surface libre. Et entre deux pics de la portance, le déferlement de la vague d’accompagnement est observable. L’interférence entre deux structures est simulée à travers deux cylindres et que sur une configuration symétrique, le paramètre de proximité B a tendance à accroître la longueur de la zone de recirculation. Les méthodes et dispositifs expérimentales décrites ci-dessus sont appliqués dans le cas d’écoulement hydrodynamique turbulent au sein du sluice. Les essais sur sites aurifères à Madagascar ont permis la collecte des informations sur les paramètres optimums du tri. Ces paramètres sont pris comme base initiale des travaux de laboratoire entamés sur une maquette à l’échelle 1. L’acquisition par PIV suivi des traitements statistique à multi-variables POD Snapshot nous a permis de créer un modèle expérimental de l’écoulement composé de 4 zones distinctes. L’étude expérimentale a été complétée par une simulation numérique par ANSYS14.5 ; qui nous a permis de conclure que l’approchement des riffles entraîne une diminution de la zone favorable du dépôt des minerais lourds. / Two major areas are focused in the thesis. The first investigates the interference due to a wake-pattern of non-profiled obstacles (such as one or two cylinder in tandem). The second characterizes the zone of recirculation inside an artisanal sluice-boxe, which is a device for gold extraction. The work contributes to the study of the flow of a free-surface using experimental methods. Also, a few approaches is combined for the investigation. In this regard, the near-wake pattern of the flow is examined using an embedded CCD camera, correlated to a PIV measurement of the velocity fields and the hydrodynamic forces. We found that a cylinder of uniform motion, accelerated or decelerated, is characterized by: the drag and the lift forces, the envelopes of maxima, the length of the recirculation zone and the local Strouhal number. The Strouhal number approaches the value of 0.4 next to a free-surface and a breaking wave is observed in-between two peaks of the lift force. We modeled the interference between two structures using a succession of two cylinders. The proximity parameter B tends to an increase of the recirculation length for a symmetrical arrangement.Our methods and the experimental procedures are applied for the examination of a turbulent hydrodynamic flow inside a sluice. Tests were performed on gold sites in Madagascar. This permitted the collection of information concerning the optimum parameters for an extraction. The obtained values form the basis of our laboratory work and are applied to a scaled model for validation. An experimental flow model, made of four distinct zones, is derived from a monitored PIV data and a statistical analysis of a multi-variable POD snapshot. The results are validated through simulations using the package ANSYS 14.5. The investigation shows that a closer riffles reduces the region for heavy minerals deposition.

Plusieurs problèmes d’optimisation — dans l’eau ou à l’interface avec l’air — sont abordés, allant de l’optimisation de la forme des coques de bateaux à celle de la propulsion en aviron et dans la nage avec palmes. Des approches théorique, expérimentale et numérique sont combinées. Nous développons d’abord une approche théorique minimale afin de déterminer, à volume immergé et puissance donnés, les rapports d’aspect optimaux des coques de bateau, qui sont discutés et comparés aux rapports d’aspect de bateaux réels. L’effet de l’asymétrie avant-arrière des coques est ensuite discuté. Dans une deuxième partie, nous étudions la propulsion en aviron et dans la nage avec palme. Dans le cas de l’aviron, nous réexaminons la question de la synchronisation des rameurs sur le bateau à l’aide d’un modèle réduit de bateau robotisé et cherchons quelle est la synchronisation qui permet à l’équipage d’aller le plus vite. Enfin, nous analysons l’effet de la géométrie des palmes pour trouver les stratégies de nage optimales. / We consider a few optimisation problems — in water and at its surface — ranging from drag minimisation on ship hulls to propulsion efficiency in rowing and swimming with fins. We use theoretical, experimental and numerical methods. In a first part, we focus on the question of optimal hull shapes. We develop a minimal theoretical approach to determine, at given load and propulsive power, the optimal aspect ratios of ship hulls, which are discussed and confronted to empirical data. Then, the effect of the fore-aft hull asymmetry is addressed. In a second part, we study the question of propulsion in rowing and swimming with fins. In particular, the long-standing question of whether rowers should be synchronised or not is brought up to date with a scaled rowing robot. Finally, we analyse the optimal shape of fins in order to find optimal swimming strategies.

L’évaporation du carburant injecté dans une chambre de combustion est un phénomènecrucial dans un foyer aéronautique car elle détermine la quantité de vapeur qui sera ensuite brûléepour fournir de l’énergie au moteur. Cependant, ce phénomène reste mal décrit du fait desdifficultés de mesurer expérimentalement les taux d’évaporation des gouttes appartenant à unbrouillard. D’autre part, les hypothèses des modèles théoriques ne sont toujours pas représentativesdes conditions rencontrées dans les foyers de combustion.La thèse s’inscrit dans une démarche visant à étudier l’évaporation d’un groupe de gouttesdans un écoulement turbulent au moyen de la Simulation Numérique Directe (SND). En effet, lorsde l’évaporation de groupes de gouttes, des effets collectifs peuvent influer sur le taux d’évaporationde chaque goutte ou sur le taux d’évaporation global du nuage de gouttes. L’approche SNDpermet de quantifier précisément ces effets afin d’améliorer les modèles actuels d’évaporation.Dans un premier temps, des algorithmes ont été développés et utilisés dans une configuration1D sphérique pour décrire l’évaporation d’une goutte statique isolée et sans gravité. Puisdans un second temps, l’évaporation d’une goutte a été étudiée dans un écoulement laminaire.Une analyse des échanges de chaleur entre la goutte et le milieu extérieur ainsi que de la force detraînée exercée par l’écoulement laminaire sur la goutte a été effectuée. Dans cette partie, il a étémis en évidence que l’évaporation induit une diminution des échanges thermiques et de la traînée.Il a notamment été observé que dans certains cas de forte évaporation, la traînée de la gouttepeut devenir négative. Cela implique que l’évaporation peut être à l’origine d’un phénomène depropulsion de la goutte. Une analyse théorique permet de lier ce comportement à une asymétriedu débit d’évaporation. Dans un troisième temps, l’influence de la turbulence sur l’évaporationd’une goutte a été étudiée. Pour cela, un générateur de fluctuations turbulentes a été implémentéet des techniques de calculs parallèles ont été introduites pour réduire le temps des calculs. Celaa permis d’analyser les échanges thermiques et le comportement de la traînée d’une goutte eninteraction avec un écoulement turbulent. Il a été montré que ces deux grandeurs ont tendanceà être amplifiées par la turbulence. Enfin, dans un dernier temps, l’évaporation de groupes degouttes a été étudiée. Pour trois groupes de gouttes différents, les déplacements des gouttes ontété analysés avec les échanges de chaleur lorsque ceux-ci sont placés dans un écoulement laminaireou turbulent avec ou sans changement de phase. En présence d’évaporation, il a été mis enévidence que les déplacements sont différents des cas sans évaporation et donc que le changementde phase modifie les effets collectifs. De plus, ces effets de groupes ont aussi été observés sur leséchanges thermiques. / The vaporisation of injected fuel in a combustion chamber is a crucial phenomenon inan aeronautical motor because it determines the vapour quantity which will be burned to bringenergy to the motor. Still, this phenomenon is not well understood due to the difficulties tomeasure on experiments vaporisation rates of injected sprays. Moreover, hypothesis of theoriticalmodels are not representatives of conditions encountered in combustion furnaces.The thesis take place in an effort to analyse the evaporation of droplet groups in a turbulentflow by mean of Direct Numerical Simulation (DNS). Indeed, during droplet group evaporation,collective effects can modify single droplet rates of vaporisation and the group global rate ofvaporisation. The DNS approach should allows to quantify precisely this effect and leads to animprovement of actual models of evaporation.Firstly, algorithms are developped and used in a 1D spherical configuration to describe theevaporation of a single static droplet without gravity. Secondly, the vaporistion of a droplet in alaminar flow has been studied. The analysis focus on heat exchanges between the droplet and theexternal environment as well as the force exerced on the droplet by the laminar flow. In this part,it has been highlighted that the evaporation induced a decrease in thermal exchanges and drag.In some cases of strong evaporation, the drag of the droplet has been observed to be negative.It means that the evaporation can cause a propulsion phenomenon of the droplet. A theoriticalanalysis allows to link this behaviour to an asymetry of the vaporisation rate. Thirdly, a studyof the turbulence influence on the evaporation of a droplet has been carried out. A generator ofturbulent fluctuations has been implemented and parallel approaches have been introduced toreduced computational time. It allowes to analyse thermal exchanges and drag behaviour of adroplet interacting with a turbulent flow. The analysis showed that theses two variables increasewith turbulence. Lastly, the evaporation of groups of droplets has been studied. For three differentgroups of droplets, trajectories of droplets have been analysed with heat exchanges when they areput in a laminar or a turbulent flow with or without phase change. In presence of evaporation,the analysis pointed out that trajectories were different from cases whitout evaporation and sothat phase change modifies collective effects. Moreover, these collective effects have also beenobserved on thermal exchanges.

Cette thèse concerne l'étude de l'interaction air-mer, due aux échanges de mouvements, avec un modèle idéalisé mais consistant. Les études sont réalisées à partir d'un modèle shallow-water bicouches (une pour l'océan et une pour l'atmosphère), avec une fine résolution spatiale et temporelle. L'interaction est uniquement due à la friction de surface entre les deux couches.Elle est implémentée par une loi de friction quadratique. La force appliquée à l'océan est calculée en utilisant la différence de vitesse entre les vents et les courants. Pour la force appliquée à l'atmosphère on distingue deux cas l'interaction ``1way'' et ``2way''. Pour la première, la friction appliquée à l'atmosphère néglige la dynamique de l'océan; elle est calculée en utilisant uniquement les vents. Pour l'interaction ``2W'', la friction appliquée à l'atmosphère est l'opposée de celle appliquée à l'océan.Trois configurations idéalisées sont explorées ici.La première configuration explique la génération d'une instabilité barotrope dans l'océan due à la force de friction quadratique et la dissipation visqueuse horizontale de l'atmosphère. Dans le cas 1W le cisaillement entraîne une instabilité barotrope dans l'océan. Dans le cas 2W, l'instabilité est amplifiée en amplitude et en dimension et est transférée à l'atmosphère. L'échelle principale de cette instabilité correspond à celle du rayon de Rossby dans l'océan. Elle est uniquement visible dans les modèles numériques, lorsque la dynamique est résolue à cette échelle à la fois dans l'océan mais aussi dans l'atmosphère.Dans la deuxième configuration, des expériences pour différentes valeurs du coefficient de traînée de surface sont réalisées. Le forçage diffère de la première configuration, et permet d'avoir une dynamique turbulente dans l'océan et l'atmosphère. L'énergie perdue par l'atmosphère et gagnée par l'océan par cisaillement à l'interface sont déterminées et comparées aux estimations basées sur les vitesses moyennes. La corrélations entre la vorticité océanique et atmosphérique est déterminée à l'échelle synoptique et méso-échelle de l'atmosphère. L'océan a un rôle passif, et absorbe l'énergie cinétique à quasiment tout les instants et tous les lieux. Les résultats différent des études réalisées à l'échelle du bassin. De par les faibles vitesses de l'océan, le transfert d'énergie dépend que faiblement des courants. La dynamique de l'océan laisse cependant son empreinte dans la dynamique de l'atmosphère conduisant à un état `quenched disorder' du système océan-atmosphère, pour le plus fort coefficient de friction utilisé.La dernière configuration, considère l'échange de mouvements entre l'océan et l'atmosphère autour d'une île circulaire. Dans les simulations actuelles de la dynamique océanique, le champs du forçage atmosphérique est généralement trop grossier pour inclure la présence de petites îles (<100km). Dans les calculs présentés ici, l'île est représenté dans la couche atmosphérique par un coefficient de traînée cent fois plus fort au dessus de l'île que l'océan. Cela engendre de la vorticité dans l'atmosphère , autour et près du sillage de l'île. L'influence de la vorticité atmosphérique sur la vorticité de l'océan, l'upwelling, la turbulence et le transfert d'énergieest considéré en utilisant des simulations couplées océan-atmosphère.Les résultats sont comparés avec des simulations ayant un forçage atmosphérique constant dans le temps et l'espace (pas de sillage) et des simulations "1W" (pour lesquelles les courants n'ont pas d'influence sur l'atmosphère).Les résultats des simulations sont en accords avec les travaux et les observations précédemment réalisés, et confirment que le sillage atmosphérique est le principal processus générant des tourbillons océanique dans le lit de l'île. Il est aussi montré que la vorticité est injectée directement par le rotationel du vent, mais aussi par la force du vent perpendiculaireau gradient d'épaisseur de la couche de surface océanique. / This thesis considers air-sea interaction, due to momentum exchange, in an idealized but consistent model. Two superposed one-layer fine-resolution shallow-water models are numerically integrated. The upper layer represents the atmosphere and the lower layer the ocean. The interaction is only due to the shear between the two layers. The shear applied to the ocean is calculated using the velocity difference between the ocean and the atmosphere.The frictional force between the two-layers is implemented using the quadratic drag law. Three idealized configurations are explored.First, a new mechanism that induces barotropic instability in the ocean is discussed. It is due to air-sea interaction with a quadratic drag law and horizontal viscous dissipation in the atmosphere. I show that the instability spreads to the atmosphere. The preferred spatial scale of the instability is that of the oceanic baroclinic Rossby radius of deformation.It can only be represented in numerical models, when the dynamics at this scale is resolved in the atmosphere and the ocean.In one-way interaction the shear applied to the atmosphere neglectsthe ocean dynamics, it is calculated using the atmospheric wind, only. In two-way interaction it is opposite to the shear applied to the ocean.In the one-way interaction the atmospheric shear leads to a barotropic instability in the ocean. The instability in the ocean is amplified, in amplitude and scale, in two-way interaction and also triggers an instability in the atmosphere.Second, the air-sea interaction at the atmospheric synoptic and mesoscale due to momentum transfer, only, is considered. Experiments with different values of the surface friction drag coefficient are performed, with a different atmospheric forcing from the first configuration, that leads to a turbulent dynamics in the atmosphere and the ocean. The actual energy loss of the atmosphere and the energy gain by the ocean, due to the inter-facial shear,is determined and compared to the estimates based on average speeds.The correlation between the vorticity in the atmosphere and the ocean is determined. Results differ from previous investigations where the exchange of momentum was considered at basin scale. It is shown that the ocean has a passive role, absorbing kinetic energy at nearly all times and locations.Due to the feeble velocities in the ocean, the energy transfer depends only weakly on the ocean velocity. The ocean dynamics leaves nevertheless its imprint in the atmospheric dynamics leading to a quenched disordered state of the atmosphere-ocean system, for the highest value of the friction coefficient considered. This finding questions the ergodic hypothesis, which is at the basis of a large number of experimental, observational and numericalresults in ocean, atmosphere and climate dynamics.The last configuration considers the air-sea interaction, due to momentum exchange, around a circular island. In todays simulations of the ocean dynamics, the atmospheric forcing fields are usually too coarse to include the presence of smaller islands (typically $<$ 100km).In the calculations presented here, the island is represented in the atmospheric layer by a hundred fold increased drag coefficient above the island as compared to the ocean. It leads to an increased atmospheric vorticity in the vicinity and in the wake of the island. The influence of the atmospheric vorticity on the ocean vorticity, upwelling, turbulence and energy transfer is considered by performing fully coupled simulations of the atmosphere-oceandynamics. The results are compared to simulations with a constant, in space and time, atmospheric forcing (no wake) and simulations with one-waycoupling only (where the ocean velocity has no influence on the atmosphere).Results of our simulations agree with previous published work and observations, and confirm that the wind-wake is the main process leading to mesoscale oceanic eddies in the lee of an island.

La propulsion en aviron résulte de la compensation entre la résistance de l’eau sur la coque et l’accroche des pelles dans l’eau. Pour la collecte de brouillard à l’aide de filets, la dynamique de récupération de l’eau résulte des effets de résistance de l’air sur les gouttelettes combinés aux perturbations de l’écoulement au niveau du filet. Dans cette thèse, — centrée sur les interactions fluide/structure — nous avons cherché à optimiser l’efficacité (de la propulsion et de la collecte) du point de vue hydro et aérodynamique. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur des expériences modèles (maquettes de bateaux d’aviron, soufflerie à brouillard) permettant de se placer dans des conditions contrôlables en laboratoire et de s’affranchir des biais humain et climatique.Dans la première partie sur l’aviron, nous avons montré quelle était la longueur de rame optimale pour la propulsion. Puis nous nous sommes intéressés à l’effet du déphasage entre les rameurs et avons montré qu’une parfaite synchronisation permet d’obtenir une vitesse maximale. Enfin, nous avons effectué une étude empirique et expérimentale sur les formes (rapport d’aspect et symétrie) de coques optimales. La seconde partie porte sur la collecte d’eau à l’aide de filets à brouillard qui a débuté par une étude de l’impact des gouttes sur une maille (fibre) du filet puis au sein d’un filet complet. Nous avons enfin étudié l’effet de l’élasticité des fibres et du drainage sur la collecte. Cette étude a mis en évidence l’importance des propriétés de mouillage des fibres sur la collecte et la conception des filets. / The rowing propulsion results from the compensation between water resistance on the hull and the attachment of the oars in the water. For fog collection using nets, the dynamics of water harvesting results from the effects of air resistance on the droplets combined with flow disturbances at the net level. In this thesis, - centered on the fluid / structure interactions - we sought to optimize the efficiency (propulsion and collection) from the hydro and aerodynamic point of view. For this, we relied on model experiments (Robot rowing boats, mist wind tunnel) to be placed in controllable laboratory conditions and to overcome human and climatic bias.In the first part on rowing, we showed what was the optimal oars length for propulsion. Then we were interested in the effect of the phase shift between the rowers and showed that a perfect synchronization makes it possible to obtain a maximum speed. Finally, we carried out an empirical and experimental study on the shapes (aspect ratio and symmetry) of optimal hulls. The second part deals with the collection of water using mist nets, which began with a study of the impact of the drops on a mesh (fiber) of the net and then within a complete net. Finally, we studied the effect of fiber elasticity and drainage on collection. This study has highlighted the importance of fiber wetting properties on net collection and design.

Ce travail a pour objectif d'améliorer la prédictivité des modèles à deux fluides pour la description des lits fluidisés gaz-solide pour les particules du groupe A dans la classification de Geldart. La première partie traite de l'incorporation de nouveaux phénomènes physiques dans le formalisme statistique utilisé : collisions induites par le cisaillement, phénomènes de lubrification lors des chocs et forces inter-particulaires. La deuxième partie traite de la résolution numérique du modèle. Il est montré que la simulation des lits de particules de type A présente une très forte sensibilité au maillage, conduisant à une surestimation de la hauteur du lit. L'introduction du formalisme filtré permet d'identifier la traînée filtrée comme étant l'origine principale du problème. Deux modèles de sous-maille sont proposés pour la prédiction de celle-ci et sont testés à la fois sur une configuration académique et sur une expérience de laboratoire. / This work aims to increase the predictivity of the two-fluid model in gas-solid fluidized beds of Geldart A particles. The first part deals with the integration of physical phenomena into the two-fluid model: shear-induced collisions, lubrication between particles and inter-particular forces. The second part deals with the practical resolution of the two-fluid model using numerical codes. It is shown that bed expansion for Geldart A particles have a strong dependance on the mesh size used to compute the flow, leading to a major overestimation. The filtered approach is used and points up the filtered drag as the key of the problem. Two subgrid drag models are proposed and tested on both academic and laboratory configurations.