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The performance of tanks in sewage treatment plants is highly dependent on the oxygen transfer from gas to liquid phase, a vital process for the bacteria responsible for biodegradation. A precise prediction of the mass transfer in these tanks is thus necessary but very difficult, mainly because of the complexity of the liquid phase: It presents a complex rheology and surfactants composition, which drastically decrease the mass transfer coefficient. The aim of this PhD is to better understand the mechanisms responsible for the mass transfer decrease in these situations. For that purpose, the technique of Planar Laser Induced by Fluorescence with Inhibition (PLIF-I) has been used to simplify the system toward the measurement of mass transfer from a single bubble rising in a quiescent liquid. Thanks to this technique, we get access to information about (i) hydrodynamic parameters of bubbles and (ii) mass transfer. For the purpose of running an experiment in a system close to that of a real wastewater treatment plant, measurements of oxygen transfer are done in viscous media and in presence of surfactants. The presence of surfactants has been identified as the parameter that complicates the prediction of the mass transfer coefficient. This fact indicates that mechanisms of mass transfer in presence of surfactants are not yet fully understood. In order to identify the mechanisms, two strategies have been applied. First, for a better understanding of the impact of surfactants at the interface and in its surroundings, a literature review on optical techniques allowing visualization of surfactants at interfaces and in liquid phases has been done. Based on this review, a fluorescent surfactant has been synthetized and visualized in a channel. A reflection phenomenon on the interface has been observed which makes measurements impossible in this zone, but a diffusion coefficient of the surfactant in the bulk has been determined. The second approach dealt with the molecular structure of surfactants. Ten surfactants have been selected to cover a wide variety of properties such as charged surfactants: cationic and anionic, surfactants whose hydrophobic tails have different lengths and nonionic surfactants whose hydrophilic heads have different lengths. Thus, we linked (i) surfactant length, (ii) interface contamination determined by surface tension measurement and adsorption isotherms and (iii) mass transfer coefficient by PLIF-I experiment. Results showed that interface contamination and mass transfer coefficient are closely linked. The hydrophobic chain length has been identified as the parameter impacting the interface contamination and the mass transfer coefficient at constant bulk concentration. On the contrary, the hydrophilic chain length of nonionic surfactants did not impact the mass transfer coefficient, at constant bulk concentration. This study presents measurements ran with close to 300 single bubbles with different surfactants at different concentrations. This large panel allows us to compare experimental results with the Frössling correlation, which predicts mass transfer coefficients from fully contaminated bubbles with hydrodynamic parameters of bubbles. At high concentrations, it seems that this correlation finds a limitation leading to an overestimation of the experimental mass transfer coefficient. These results show that the hydrodynamics of a bubble alone cannot explain the decrease of the mass transfer coefficient of highly contaminated bubbles. Some ideas are proposed to build a model that takes into account more parameters like coverage ratio, adsorption constant and concentration, which is an interesting perspective of this work., Les performances des bassins d’aération dans les stations de traitement des eaux usées sont directement liées au transfert de l’oxygène de la phase gaz à la phase liquide, afin d’approvisionner en oxygène des bactéries responsables de la biodégradation de la matière organique. Une prédiction précise du transfert de l’oxygène est donc nécessaire mais reste toutefois difficile, et notamment en raison de la composition de la phase liquide, qui présente une rhéologie complexe mais aussi des agents tensioactifs, qui diminuent drastiquement le coefficient de transfert. L’objectif de cette thèse est d’apporter des éléments de réponse quant aux mécanismes régissant le transfert de matière dans de telles conditions. Pour cela, la technique d’inhibition de fluorescence induite par plan laser (PLIF-I) a été utilisée afin d’effectuer des mesures de transfert de l’oxygène depuis une bulle isolée en ascension dans un liquide au repos et d’avoir ainsi accès à des informations sur l’hydrodynamique de la bulle et sur le transfert de matière. Des mesures de transfert de l’oxygène ont été réalisées dans un milieu visqueux et en présence de tensioactifs afin de s’approcher au maximum des conditions de stations d’épuration. La présence de tensioactifs a été identifiée comme l’élément rendant la prédiction du coefficient de transfert la plus délicate par les corrélations usuelles, ce qui permet de penser que tous les mécanismes régissant le transfert de matière en présence de tensioactifs ne sont pas encore appréhendés. Afin d’identifier ces mécanismes, deux pistes ont été envisagées. Tout d’abord, afin de mieux comprendre quels impacts les tensioactifs ont sur l’interface et son voisinage, une synthèse de la littérature sur les techniques permettant de visualiser les tensioactifs a été réalisée. A l’issu de ce travail, un tensioactif fluorescent a été synthétisé et visualisé dans un canal. Cela a permis de déterminer un coefficient de diffusion du tensioactif, loin de l’interface. La seconde approche adoptée s’intéresse à la structure des tensioactifs. Dix tensioactifs ont été sélectionnés afin d’étudier des tensioactifs chargés : cationiques et anioniques présentant différentes longueurs de chaînes hydrophobes, et des tensioactifs nonionique, avec différentes longueurs de chaîne hydrophile. Ainsi, nous avons pu mettre en relation (i) longueurs des chaînes des tensioactifs, (ii) colonisation de l’interface par des mesures de tension superficielle et construction d’isothermes d’adsorption et (iii) coefficient de transfert de l’oxygène par des mesures PLIF-I. Il a donc été montré que colonisation de l’interface et transfert de matière étaient étroitement liés. La longueur de la chaîne hydrophobe a été identifiée comme le paramètre ayant un impact sur la colonisation de l’interface et le transfert de matière, à concentration dans la phase liquide identique, tandis que changer la longueur de la chaîne hydrophile n’a pas d’impact sur le transfert de matière, à concentration molaire égale. Ce travail a été réalisé sur près de 300 bulles isolées avec différents tensioactifs à différentes concentrations. Ce large panel permet de comparer les résultats avec la corrélation de Frössling, prévoyant le coefficient de transfert de matière pour des bulles complètement contaminées en prenant en compte les paramètres hydrodynamiques des bulles. A forte concentration en tensioactifs dans la phase liquide, la corrélation semble trouver ses limites et le coefficient de transfert prévu surestime celui obtenu expérimentalement. Les résultats montrent que l’aspect hydrodynamique des bulles ne peut pas rendre compte à lui seul de la diminution du coefficient de transfert de l’oxygène côté liquide, à forte concentration en tensioactifs. Quelques pistes sont proposées pour construire un modèle prenant en compte des paramètres supplémentaires comme les constantes d’adsorption et la concentration en tensioactifs, qui constituent des perspectives intéressantes de ce travail.

A drop impacting a liquid surface produces a particular sound. This sound is mainly due to the vibration of air bubbles entrapped in the liquid during the succession of hydrodynamic events generated by the impact. Although the influence of the initial conditions of the impact on the unfolding of the hydrodynamic events is well descibed in the case of pure water, the role of the liquid properties is still to be defined. If a change in the liquid properties leads to changes in the hydrodynamic events leading to bubble entrapment, the sound emitted may be modified. The identification of parameters of the acoustic signal varying with certain properties of the liquid would allow the development of acoustic methods to measure these properties.The objective of this work is to understand the influence of the surface tension of a liquid on the sound produced by the impact of a drop of pure water on the surface of this liquid. The acoustic signal is measured simultaneously in water and in air, and a fast camera allows to record images of the interface at a high acquisition frequency. The synchronization of the video and acoustic measurements allows the identification of the hydrodynamic events responsible for the different acoustic emissions. Various signal processing and video tools are developed to analyze the hydrodynamics of the interface and the sounds generated in the water and in the air.First, a particular impact regime, called "irregular entrainment", is studied for pure water. A new mechanism has been highlighted for the first time. It is similar to a closure of the cavity in a liquid zip-like flow leading to the entrapement of an air bubble by a secondary droplet detached from the Rayleigh jet. The detailed study of the acoustic signal reveals inconsistencies between the measurements and the classical models in the literature to describe the sound of the formed bubbles. These inconsistencies are explained and more complete models are proposed.This impact regime is then studied in the case of aqueous solutions with varying surface tensions, either by dilution of another liquid or by addition of surface- active substances. The main changes in the acoustic signal are presented and explained through the analysis of the hydrodynamics of the impact. In the case of addition of a miscible liquid in water, the development of the liquid crown formed during the first moments of the impact is modified. These modifications lead to a delay in its collapse, which is translated on the acoustic signal by a delay in the appearance of a pressure peak on the hydrophone signal. The time of appearance of this pressure peak is directly related to the surface tension of the solution.In the case of the addition of surfactants, a universal behavior, independent of the nature or the dynamics of the surfactant is highlighted. It reads in a maximum of the appearance time of the acoustic events around the critical micellar concentration (CMC) of the surfactant accompanied by a widening of their temporal window and its slight reduction beyond the CMC. This behavior is related to the appearance of Marangoni flows and viscosity effects with the increase of the surfactant concentration. It appears that the estimation of the characteristic evolution of these appearance times can allow access to the CMC of the used surfactant.Finally, the variation of surface tension allowed to observe the appearance of different mechanisms of bubble entrapment. It is highlighted that each of these mechanisms presents a particular acoustic signature in water as well as in air. Thus, with the help of a classification algorithm, a method of detection and identification of bubble entrapment mechanisms from their acoustic signals in water and in air is developed. The results obtained allow us to consider a method for analysing the hydrodynamics of drop impact using acoustic signals alone., Une goutte impactant une surface liquide produit un son particulier. Ce son est dû principalement à la vibration de bulles d’air emprisonnées dans le liquide durant une succession d’événements hydrodynamiques engendrés par l’impact. Bien que l’influence des conditions initiales de l’impact sur le déroulement des événements hydrodynamiques soit bien décrite dans le cas de l’eau pure, le rôle des propriétés du liquide reste encore à définir. Si une modification des propriétés du liquide engendre des changements dans le déroulement des événements hydrodynamiques menant à l’emprisonnement de bulles, le son émis peut être modifié. La mise en évidence de paramètres du signal acoustique variant avec certaines propriétés du liquide permettrait ainsi le développement de méthodes acoustiques de mesure de ces propriétés.Ces travaux ont pour objectif de comprendre l’influence de la tension de surface d’un liquide sur le son produit par l’impact d’une goutte d’eau pure sur la surface de ce liquide. Le signal acoustique est mesuré simultanément dans l’eau et dans l’air, et une caméra rapide permet d’enregistrer des images de l’interface à haute fréquence d’acquisition. La synchronisation des mesures vidéo et acoustiques permet l’identification des événements hydrodynamiques responsables des différentes émissions acoustiques. Divers outils de traitement du signal et vidéo sont développés pour analyser l’hydrodynamique de l’interface et les sons générés dans l’eau et dans l’air.En premier lieu, un régime d’impact particulier, dit “irregular entrainement”, est étudié pour l’eau pure. Un mécanisme inédit a été mis en évidence pour la première fois. Il s’apparente à une fermeture de la cavité dans un mouvement de zip liquide conduisant à l’emprisonnement d’une bulle d’aire par une goutte secondaire détachée du jet de Rayleigh. L’étude détaillée du signal acoustique permet de révéler des incohérences entre les mesures et les modèles classiques de la littérature pour décrire le son des bulles formées. Ces incohérences sont explicitées et des modèles plus complets sont proposés.Ce régime d’impact est ensuite étudié dans le cas de solutions aqueuses présentant des tensions de surface variées, soit par dilution d’un autre liquide, soit par ajout de substances tensioactives. Les principaux changements dans le signal acoustique sont présentés et explicités via l’analyse de l’hydrodynamique de l’impact. Dans le cas d’ajout d’un liquide miscible dans l’eau, le développement de la couronne de liquide formée lors des premiers instants de l’impact est modifié. Ces modifications mènent à un retard dans son effondrement, qui se traduit sur le signal acoustique par un retard dans l’apparition d’un pic de pression sur le signal hydrophonique. Le temps d’apparition de ce pic de pression est relié directement à la tension de surface de la solution.Dans le cas de l’ajout de tensioactifs, une comportement universel, indépendant de la nature ou la dynamique du tensioactif est mis en évidence. Il se traduit par un maximum du temps d’apparition des événements acoustiques aux alentours de la concentration micellaire critique (CMC) du tensioactif accompagnée par un élargissement de leur fenêtre temporelle et sa légère réduction au delà de la CMC. Ce comportement est relié à l’apparition d’écoulements de Marangoni et à des effets de viscosité avec l’augmentation de la concentration en tensioactifs. Il ressort que l’estimation de l’évolution caractéristique de ces temps d’apparition peut permettre d’accéder à la CMC du tensioactif utilisé.Enfin, la variation de tension de surface a permis d’observer l’apparition de différents mécanismes d’emprisonnement de bulle. Il est mis en évidence que chacun de ces mécanismes présente une signature acoustique particulière aussi bien dans l’eau que dans l’air...

This thesis is about the numerical studies of bursting bubbles at the surface of liquid. We will work with a large range of bubble radius from bubbles of about a few micrometers to bubbles of a few centimeters for a large range of viscosity. The production of jet drops after the bursting of a bubble depends highly on the size and the viscosity of the liquid our control parameters. We will first set up a numerical simulation able to simulate the bursting of a bubble at the surface of the liquid. We will validate the numerical convergence of our code according to different criteria. In a second time, we will perform a systematique study on the bursting of a bubble. We will first characterize all the jet drops produced by a bursting bubble in order to estimate different quantities that are transferred from the liquid to the air. In a third part, we will analyze the sensitivity of the bursting bubble to some small variation in the initial velocity field. This study will be performed on a large range of the control parameters. These results will allow us to determine the number of matters transferred by the jet drops during the event of a breaking wave at the surface of the ocean. Last, we will analyze in mode details the impact of an initial perturbation on the jet drops production. We will show that the control parameters will impact the sensitivity of the simulation to the initial perturbation.; Cette thèse traite de l'étude de l'éclatement de bulle à la surface des liquides au moyen de méthodes numériques. Nous travaillerons avec une large gamme de taille de bulle, passant de bulle de quelques micromètres de rayon à quelques centimètres, pour une large gamme de viscosité. La formation de goutte jet suite à l'éclatement d'une bulle est fortement dépendante de la taille et de la viscosité du liquide qui sont nos paramètres de contrôle. Dans un premier temps, nous réaliserons une simulation numérique capable de simuler l'éclatement d'une bulle à la surface des liquides. Nous validerons la convergence numérique de notre simulation selon différents critères. Dans un second temps, nous réaliserons une étude systémique de l'éclatement d'une bulle. Une fois que nous aurons caractérisé l'ensemble des gouttes de jet produites lors de l'éclatement d'une bulle, nous estimerons différentes quantités échangées entre l'air et la phase liquide. Dans une troisième partie, nous analyserons la sensibilité de l'éclatement d'une bulle à de légères variations sur le champ de vitesse initiale. Cette étude sera menée pour un grand nombre de conditions initiales. L'ensemble des résultats ainsi obtenus nous permettra alors de déterminer la quantité de matière éjectée par les gouttes de jet dans le cadre du déferlement d'une vague à la surface de l'océan. Enfin, dans un dernier temps nous irons observer plus en détail l'impact des perturbations initiales sur la production des gouttes. Nous montrerons que les paramètres de contrôle vont impacter la sensibilité des simulations aux conditions initiales.

Introduction la relation entre les constatations scanographiques et le risque de récidive d’un pneumothorax spontané primitif (PSP) reste conflictuelle. L’objectif de cette étude est de déterminer la relation entre le score scanographique DSS (Dystrophy Severity Score) et la survenue de récidive du PSP après un premier épisode. Méthodes il s’agit d’une étude rétrospective incluant les patients hospitalisés pour un premier épisode de PSP entre 2005-2017. Nous avons reparti notre population en 2 groupes, G1: récidive du PSP, G2: absence de récidive. Nous avons procédé à une analyse uni varié incluant différentes variables dont le score DSS suivie d’une analyse multi variée. Résultats quatre-vingt-six patients ont été inclus dans cette étude. Quarante-huit pourcent des cas ont eu une récidive du PSP. Bien que le score DSS soit significativement associé à la survenue de récidive du PSP (p=0.008), l'analyse multi variée montre que la présence de bulles à la tomodensitométrie thoracique est le facteur de risque indépendant associé à la récidive du PSP après un premier épisode (rapport des risques: 3.26, p< 0.008). Conclusion le risque de récidive d’un PSP est significativement associé à la présence de bulles au scanner thoracique. D’autres études sont nécessaires pour une meilleure appréciation du score DSS.

Coating processes allow functionalizing a surface to obtain new properties, as anti-glare or anti-scratch. Amongst the various methods, wet coating, the process of spreading then drying a liquid layer containing a material of interest, is particularly appealing because of its efficiency and low cost. One key hurdle, however, is the possible apparition of defects in the film during the drying process, notably, thickness variations over large areas. These imperfections degrade the aspect and the optical properties of the surface. In this Ph.D. thesis, we shed light on the apparition of these defects, by studying the flows triggered by the evaporation in liquid films of binary mixtures. Indeed, the evaporation of the solvent can induce variations of composition which generate in return gradients of tension at the film surface which destabilize it. The combination of model experiments, theoretical modeling and numerical simulations allowed us to reveal and describe quantitatively several regimes, which correspond to the factor limiting the instability: gravity, Laplace pressure, lateral homogenization by diffusion of the compounds or by their vertical stratification due to the evaporation. An independent study has been lead on the generation of bubble trains when air is slowly injected in a bath.; Revêtir une surface d’un film mince permet de lui conférer de nouvelles propriétés, comme en réduire les reflets ou améliorer sa résistance aux rayures. Une méthode pour produire ces revêtements est le dépôt par voie liquide : elle consiste à couvrir la surface avec un matériau dispersé dans un liquide puis à le sécher. Cette méthode permet de fonctionnaliser efficacement et rapidement de grandes surfaces. Bien qu'attrayante pour l’industrie verrière, la perspective d'une fonctionnalisation par voie liquide se heurte actuellement à l'apparition de défauts dans le film lors de son séchage, notamment des variations d'épaisseurs sur de grandes distances. Ces imperfections détériorent l'esthétique et les propriétés optiques de la surface. Dans cette thèse, nous apportons un éclairage sur l’apparition de ces défauts, en étudiant les écoulements générés lors du séchage de films liquides de mélanges binaires. En effet, l'évaporation du solvant peut induire des variations de composition qui génèrent en retour des gradients de tension à la surface du film qui le déstabilisent. La combinaison d'expériences modèles, de modélisations théoriques et de simulations numériques ont permis de mettre en évidence et de décrire quantitativement plusieurs régimes, qui correspondent aux différents effets limitant l’instabilité : la pesanteur, la pression de Laplace, l’homogénéisation latérale par diffusion des composées dans le film ou au contraire la stratification verticale de ces composés, causée par l’évaporation. Une étude indépendante a été menée sur la génération de trains de bulles lorsque de l’air est lentement injecté dans un bain.

Coating processes allow functionalizing a surface to obtain new properties, as anti-glare or anti-scratch. Amongst the various methods, wet coating, the process of spreading then drying a liquid layer containing a material of interest, is particularly appealing because of its efficiency and low cost. One key hurdle, however, is the possible apparition of defects in the film during the drying process, notably, thickness variations over large areas. These imperfections degrade the aspect and the optical properties of the surface. In this Ph.D. thesis, we shed light on the apparition of these defects, by studying the flows triggered by the evaporation in liquid films of binary mixtures. Indeed, the evaporation of the solvent can induce variations of composition which generate in return gradients of tension at the film surface which destabilize it. The combination of model experiments, theoretical modeling and numerical simulations allowed us to reveal and describe quantitatively several regimes, which correspond to the factor limiting the instability: gravity, Laplace pressure, lateral homogenization by diffusion of the compounds or by their vertical stratification due to the evaporation. An independent study has been lead on the generation of bubble trains when air is slowly injected in a bath.; Revêtir une surface d’un film mince permet de lui conférer de nouvelles propriétés, comme en réduire les reflets ou améliorer sa résistance aux rayures. Une méthode pour produire ces revêtements est le dépôt par voie liquide : elle consiste à couvrir la surface avec un matériau dispersé dans un liquide puis à le sécher. Cette méthode permet de fonctionnaliser efficacement et rapidement de grandes surfaces. Bien qu'attrayante pour l’industrie verrière, la perspective d'une fonctionnalisation par voie liquide se heurte actuellement à l'apparition de défauts dans le film lors de son séchage, notamment des variations d'épaisseurs sur de grandes distances. Ces imperfections détériorent l'esthétique et les propriétés optiques de la surface. Dans cette thèse, nous apportons un éclairage sur l’apparition de ces défauts, en étudiant les écoulements générés lors du séchage de films liquides de mélanges binaires. En effet, l'évaporation du solvant peut induire des variations de composition qui génèrent en retour des gradients de tension à la surface du film qui le déstabilisent. La combinaison d'expériences modèles, de modélisations théoriques et de simulations numériques ont permis de mettre en évidence et de décrire quantitativement plusieurs régimes, qui correspondent aux différents effets limitant l’instabilité : la pesanteur, la pression de Laplace, l’homogénéisation latérale par diffusion des composées dans le film ou au contraire la stratification verticale de ces composés, causée par l’évaporation. Une étude indépendante a été menée sur la génération de trains de bulles lorsque de l’air est lentement injecté dans un bain.

Foam has long been used as a mobility control agent in Enhanced Oil Recovery (EOR) processes to enhance sweep efficiency and overcome gravity segregation, viscous fingering and gas channeling, which are gas-related problems when the latter is injected alone in the reservoir. However, the systematic use of foam in reservoir engineering requires more in-depth knowledge of its dynamics in porous media. The literature shows two types of experimental approaches based either on petrophysical studies carried out on 3D porous systems and based on pressure measurements, or on microfluidic studies that allow direct visualization of foam flow but are limited to 1D or 2D model systems. The research investigated in this thesis aims to bridge the gap between these two approaches. The proposed strategy is to characterize in situ the foam flow in 3D porous media with techniques providing a wide range of temporal and spatial resolutions. A coreflood setup giving access to classical petro-physical measurements was developed and then coupled to different observation cells designed specifically for each characterization instrument. First, an X-ray CT scanner was used to describe and visualize the foam flow at the core scale. The rheological behavior of foam on this scale was studied as a function of the injection conditions such as gas velocity and foam quality. Secondly, Small Angle Neutron Scattering (SANS) was used to probe the foam structure in situ during the flow, on a wide length scale, up to three orders of magnitude in size. In situ foam texture (size and density of bubbles and lamellae) was measured for different foam qualities and at different propagation distances from the injection point. A comparison to the geometric characteristics of the porous medium was also realized. Thirdly, High Resolution Fast X-ray Micro-tomography on a Synchrotron was used to visualize the foam flow at the pore scale. This allowed to confirm visually some foam characteristics measured with SANS and to investigate on local intermittent gas trapping and mobilization. This study is an important step in the multi-scale characterization of foam flow in 3D porous media and provides some answers to certain generally accepted assumptions., L’utilisation de la mousse en récupération assistée du pétrole (Enhanced Oil Recovery, EOR) présente un avantage indéniable par rapport à l’injection du gaz seul pour pallier les problèmes de ségrégation gravitaire et de digitations visqueuses. Son utilisation systématique en ingénierie du réservoir nécessite des connaissances plus approfondies sur son comportement en milieu poreux. La littérature montre deux types d’approches expérimentales basées soit sur des études pétrophysiques effectuées sur des systèmes poreux 3D et basées sur des mesures de pressions intégrées sur l’ensemble du milieu poreux, soit sur des études micro-fluidiques qui permettent une visualisation directe de l’écoulement mais qui sont limitées à des systèmes modèles dans des géométries à 1 ou 2 dimensions. L’objectif de cette thèse est de faire le pont entre ces deux approches. La stratégie proposée consiste à caractériser in situ l’écoulement de la mousse dans des milieux poreux 3D à différentes échelles, en utilisant des techniques complémentaires permettant d’accéder à une large gamme de résolutions spatiale et temporelle. Un environnement instrumenté donnant accès aux mesures pétro-physiques classiques a été développé puis couplé à différentes cellules d’observation conçues spécifiquement pour chaque instrument de caractérisation. Dans un premier temps, un scanner X a été utilisé pour décrire et visualiser les écoulements de la mousse à l’échelle de la carotte. La rhéologie de la mousse à cette échelle a pu être étudiée en fonction des conditions d’injections comme la vitesse interstitielle du gaz et la qualité de mousse. Dans un deuxième temps, la technique de diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) a permis de sonder la texture de la mousse en écoulement sur trois ordres de grandeurs en taille. Des informations in situ sur la texture de la mousse en écoulement (taille et densité des bulles et des lamelles) ont pu être mesurées pour différentes qualités de mousse puis en fonction de la distance au point d’injection. Une comparaison avec les caractéristiques géométriques du milieu poreux a également été effectuée. Dans un troisième temps, la micro-tomographie X rapide haute résolution sur Synchrotron a été utilisée pour visualiser la mousse en écoulement à l’échelle du pore. Cette technique a permis de confirmer de visu certaines caractéristiques de la mousse mesurées par SANS et de décrire en sus les effets d’intermittence du piégeage de la mousse. Cette étude constitue une étape importante de la caractérisation multi-échelle de l’écoulement des mousses en milieux poreux 3D et apporte des éléments de réponse à certaines hypothèses admises.

Every year, the transplant waiting list gets bigger in France as in all over the world. To fight this curse, Bioprinting makes organ printing possible, especially with Laser Assisted Bioprinting (LAB). Robust and precise, this method use laser-matter interaction to eject a bioink made of living cells. To avoid the use of absorbing sacrificial layer, we directly focalize a laser beam into a living cells bioink, to create a plasma then a cavitation bubble. Its position, which is mainly driven by laser wavelength, and its size, managed by the energy and pulse duration, are the most important keys to control liquid jet ejection. However, the laser energy deposition and jet ejection is disturbed because of cells local concentration disparity, but when cells are printed, they are still viable and able to reconstruct living tissues.; Chaque année, le nombre de demandeur d’organe augmente en France comme dans le reste du monde. Pour combattre ce fléau, il existe aujourd’hui des technologies permettant d’imprimer du vivant, telle que la Bioimpression Assistée par Laser (LAB). Robuste et précise, cette méthode s’appuie sur les propriétés d’interaction laser-matière pour éjecter une bio-encre constituée de cellules vivantes. Pour éviter l’utilisation d’une couche absorbante sacrificielle, généralement utilisée, on focalise directement un faisceau laser dans la bioencre afin de générer un plasma puis une bulle de cavitation. La position de cette bulle est essentiellement maitrisée pas la longueur d’onde, et sa taille est gérée par l’énergie et la durée d’impulsion du laser. Ce sont les facteurs clés pour maîtriser l’éjection de matière biologique. Cependant, l’inhomogénéité locale apportée par les cellules perturbe l’impact du laser et donc la reproductibilité des jets, mais une fois imprimées, ces cellules sont viables et permettent de reconstruire des tissus vivants.

This PhD work concerns the simulation of compressible, viscous and conductive two-phase flows, using high-order centered finite-difference schemes. The equations governing two-phase flows are the Navier-Stokes equations in conjunction with two advection equations governing the interface and one equation allowing to estimate the temperature within a liquid and a gas. These are solved using conservative numerical methods which are validated from the resolution of various 1D test cases taken from the literature. The results obtained are in good agreement with the analytical or reference solutions. Then, two 2-D flows composed of two gases are considered. The first case concerns the Richtmyer-Meshkov instability developping at the interface between air and SF6. The second case deals with a cylindrical bubble filled with helium or R22 which is hit by a plane shock wave travelling through air. For these two flows, a grid convergence study is conducted and the numerical solutions compare well with the experimental data of the literature. The effect of the Reynolds number on the deformation of the bubble interface is also shown. Finally, the collpase of an air bubble in water is studied. Firstly, the spherical collapse of the bubble due to its interaction with a spherical converging shock wave is simulated. The results are in good agreement with the solutions predicted by the Rayleigh-Plesset model. The effect of the initial interface thickness and the thermal conductivity on the collapse is investigated. Secondly, the non-spherical collapse of a bubble near a wall impacted by a plane shock wave is considered. The pressure imposed on the wall and the temperature within the flow are quantified. Finally, the influence of the initial stand-off distance between the wall and the bubble is examined., Ce travail de thèse porte sur le simulation d’écoulements diphasiques compressibles, visqueux et conductifs, à l’aide de schémas numériques aux différences finies centrées d’ordre élevé. Pour cela, les équation utilisées sont les équations de Navier-Stokes complétées de deux équations d’advection décrivant l’interface et d’une équation permettant d’estimer la température au sein d’un liquide et d’un gaz. Elles sont résolues à l’aide de méthodes numériques conservatives précédemment développées pour l’aéroacoustique, adaptées dans la présente étude à la simulation d’écoulements diphasiques. Les choix des équations et des méthodes numériques sont validés à l’aide de divers cas test monodimensionnels proposés dans la littérature. Les résultats obtenus sont en accord avec les solutions analytiques ou de référence. Deux écoulements 2D composés de deux gaz sont ensuite considérés. Le premier cas concerne l’instabilité de Richtmyer-Meshkov qui se développe à l’interface entre de l’air et du SF6. Le second cas porte sur une bulle cylindrique remplie d’hélium ou de R22 impactée par une onde de choc plane se propageant dans l’air. Pour ces deux écoulements, une étude de convergence de maillage est effectuée et les solutions numériques sont comparables aux données expérimentales de la littérature. L’influence du nombre de Reynolds sur la déformation de l’interface de la bulle d’hélium est également montrée. Enfin, l’implosion d’une bulle d’air dans l’eau est étudiée. Dans un premier temps, l’implosion sphérique de la bulle suite à son interaction avec une onde de pression convergente est simulée. Les résultats sont en bon accord avec les solutions prédites par le modèle de Rayleigh-Plesset. L’influence de l’épaisseur initiale de l’interface et de la conductivité thermique est montrée. Dans un second temps, l’implosion non sphérique d’une bulle proche d’un mur et impactée par une onde de choc plane est considérée. La pression imposée sur le mur et la température au sein de l’écoulement sont quantifiées. Enfin, une étude de l’effet de la distance initiale entre le mur et la bulle sur l’implosion est menée.

The study of electrical arcs in liquids begins in XXth century with the first oil circuit breaker and the use of welding/cutting processes on ship hulls in full water. These studies have been neglected for about 60 years, until the emergence of new applications such as the manufacture of nanostructures (for electrical engineering, medicine, etc.), electrical arc fracturing or different environmental applications (depollution, sterilization, gasification). In these applications different times and energies scales are involved for the discharge characteristics. Despite these differences, in all configurations a spherical gaseous medium dues to the current carrying path in the liquid exists. However, this gaseous phase is not much studied in the literature, particularly for an energy discharges of the order of kilojoule applied during 10ms. The goal of the thesis was to improve the understanding and to interpret the formation and the dynamic of the gas bubble created by this arc by varying the conditions. The work follows two ways: an experimental study to analyze the behavior of the bubble depending on the arc characteristics as the energy injected, the distance between the electrodes or the nature of the fluid; And a numerical study, where a 2D diphasic model has been implemented under Ansys Fluent to simulate the creation and the expansion of this gaseous phase in a liquid. The complementarity of these two approaches allows complementarities and interpretations. The experiment set up is composed by a closed aluminum reactor, where the electric arc is established in a liquid (water or oil) by a fusible wire between two electrodes. Windows allows to visualize by a speed camera the inter-electrode space, and so the arc and the gas bubble created. The current and voltage characteristics of the electric arc are recorded over time. A pressure sensor located in the volume of air above the liquid controls the pressure variations. The experimental results are treated through Matlab software and allow corroborating the numerical model developments. The code uses the Navier-Stokes equations to describe the two phases of the fluid via the Volume-Of-Fluids (VOF) method. Specifics developments have also been integrated to take into account the phase transfer at the gas/liquid interface adapting the mass transfer intensity coefficient. This coefficient is described as a function of the temperature and of the proportion of phase in a cell. The simulation results from the model support the experimental observations and build the foundations for a study on the behavior of the gaseous phase produced by the passage of an electric arc in a liquid.; L'étude des arcs électriques dans les liquides débute au XXème siècle suite à la création des premiers disjoncteurs à bain d'huile et à l'utilisation de différents procédés de soudure/découpe en pleine eau de coques de navire. Ces études ont été délaissées pendant environ 60 ans jusqu'à ce que de nouvelles applications voient le jour comme la fabrication de nanostructures (pour le génie électrique, la médecine, etc), la fracturation électrique ou encore diverses applications environnementales (dépollution, stérilisation, gazéification, ondes de chocs). Ces diverses applications se font avec des temps et des énergies mises en jeu pour la décharge très variables. Malgré ces différences, il y a toujours l'apparition d'une phase gazeuse globalement sphérique due au passage du courant. Cependant, cette phase est très peu étudiée dans la littérature notamment pour des décharges de l'ordre du kilojoule pour des durées de 10ms environ. L'objectif de la thèse est donc d'améliorer la compréhension de la formation et de la dynamique de la bulle de gaz alimentée par cet arc en jouant sur certains paramètres du système. Les travaux effectués s'articulent suivant deux axes : une étude expérimentale pour analyser le comportement de cette bulle par rapport à l'arc en modifiant notamment l'énergie injectée, la distance inter-électrode utilisée ou encore la nature du fluide employé ; et une étude numérique où un modèle diphasique 2D a été mis en œuvre sous Ansys Fluent pour simuler la création et le développement de cette phase gazeuse au sein d'une phase liquide. La complémentarité de ces deux études permet de témoigner de la présence de certains mécanismes comme ceux de la formation de bulles ou de cycles d'expansion et d'effondrement, gouvernés par des phénomènes de chauffage, d'évaporation ou électrothermiques. L'expérience mise en place se compose d'un réacteur hermétique en aluminium où l'arc électrique est amorcé par un fil fusible entre deux électrodes dans un liquide : eau ou huile. Des hublots permettent la visualisation par caméra rapide de l'espace inter électrode, et donc de l'arc et de la bulle de gaz qu'il engendre. Les caractéristiques courant et tension de l'arc électrique sont suivies dans le temps. Un capteur de pression dans le volume d'air situé au-dessus du liquide contrôle l'onde de pression générée par la décharge. Les résultats expérimentaux sont traités sous Matlab et permettent de conforter le modèle numérique mis en place. Le code utilise les équations de Navier-Stokes pour décrire les deux phases du fluide via la méthode Volume-Of-Fluids (VOF). A ces développements a aussi été intégré un modèle pour prendre en compte le transfert d'une phase de fluide vers une autre. Pour nos conditions de températures élevées, ce modèle a dû être adapté via le coefficient d'intensité de transfert de masse, qui est décrit en fonction de la température et de la proportion de phase dans une cellule. Les résultats de simulation issus de ce modèle permettent d'appuyer les observations expérimentales, et de poser les bases d'une étude sur la formation et le comportement de la phase gazeuse produite par le passage d'un arc électrique dans un liquide.

The study of electrical arcs in liquids begins in XXth century with the first oil circuit breaker and the use of welding/cutting processes on ship hulls in full water. These studies have been neglected for about 60 years, until the emergence of new applications such as the manufacture of nanostructures (for electrical engineering, medicine, etc.), electrical arc fracturing or different environmental applications (depollution, sterilization, gasification). In these applications different times and energies scales are involved for the discharge characteristics. Despite these differences, in all configurations a spherical gaseous medium dues to the current carrying path in the liquid exists. However, this gaseous phase is not much studied in the literature, particularly for an energy discharges of the order of kilojoule applied during 10ms. The goal of the thesis was to improve the understanding and to interpret the formation and the dynamic of the gas bubble created by this arc by varying the conditions. The work follows two ways: an experimental study to analyze the behavior of the bubble depending on the arc characteristics as the energy injected, the distance between the electrodes or the nature of the fluid; And a numerical study, where a 2D diphasic model has been implemented under Ansys Fluent to simulate the creation and the expansion of this gaseous phase in a liquid. The complementarity of these two approaches allows complementarities and interpretations. The experiment set up is composed by a closed aluminum reactor, where the electric arc is established in a liquid (water or oil) by a fusible wire between two electrodes. Windows allows to visualize by a speed camera the inter-electrode space, and so the arc and the gas bubble created. The current and voltage characteristics of the electric arc are recorded over time. A pressure sensor located in the volume of air above the liquid controls the pressure variations. The experimental results are treated through Matlab software and allow corroborating the numerical model developments. The code uses the Navier-Stokes equations to describe the two phases of the fluid via the Volume-Of-Fluids (VOF) method. Specifics developments have also been integrated to take into account the phase transfer at the gas/liquid interface adapting the mass transfer intensity coefficient. This coefficient is described as a function of the temperature and of the proportion of phase in a cell. The simulation results from the model support the experimental observations and build the foundations for a study on the behavior of the gaseous phase produced by the passage of an electric arc in a liquid.; L'étude des arcs électriques dans les liquides débute au XXème siècle suite à la création des premiers disjoncteurs à bain d'huile et à l'utilisation de différents procédés de soudure/découpe en pleine eau de coques de navire. Ces études ont été délaissées pendant environ 60 ans jusqu'à ce que de nouvelles applications voient le jour comme la fabrication de nanostructures (pour le génie électrique, la médecine, etc), la fracturation électrique ou encore diverses applications environnementales (dépollution, stérilisation, gazéification, ondes de chocs). Ces diverses applications se font avec des temps et des énergies mises en jeu pour la décharge très variables. Malgré ces différences, il y a toujours l'apparition d'une phase gazeuse globalement sphérique due au passage du courant. Cependant, cette phase est très peu étudiée dans la littérature notamment pour des décharges de l'ordre du kilojoule pour des durées de 10ms environ. L'objectif de la thèse est donc d'améliorer la compréhension de la formation et de la dynamique de la bulle de gaz alimentée par cet arc en jouant sur certains paramètres du système. Les travaux effectués s'articulent suivant deux axes : une étude expérimentale pour analyser le comportement de cette bulle par rapport à l'arc en modifiant notamment l'énergie injectée, la distance inter-électrode utilisée ou encore la nature du fluide employé ; et une étude numérique où un modèle diphasique 2D a été mis en œuvre sous Ansys Fluent pour simuler la création et le développement de cette phase gazeuse au sein d'une phase liquide. La complémentarité de ces deux études permet de témoigner de la présence de certains mécanismes comme ceux de la formation de bulles ou de cycles d'expansion et d'effondrement, gouvernés par des phénomènes de chauffage, d'évaporation ou électrothermiques. L'expérience mise en place se compose d'un réacteur hermétique en aluminium où l'arc électrique est amorcé par un fil fusible entre deux électrodes dans un liquide : eau ou huile. Des hublots permettent la visualisation par caméra rapide de l'espace inter électrode, et donc de l'arc et de la bulle de gaz qu'il engendre. Les caractéristiques courant et tension de l'arc électrique sont suivies dans le temps. Un capteur de pression dans le volume d'air situé au-dessus du liquide contrôle l'onde de pression générée par la décharge. Les résultats expérimentaux sont traités sous Matlab et permettent de conforter le modèle numérique mis en place. Le code utilise les équations de Navier-Stokes pour décrire les deux phases du fluide via la méthode Volume-Of-Fluids (VOF). A ces développements a aussi été intégré un modèle pour prendre en compte le transfert d'une phase de fluide vers une autre. Pour nos conditions de températures élevées, ce modèle a dû être adapté via le coefficient d'intensité de transfert de masse, qui est décrit en fonction de la température et de la proportion de phase dans une cellule. Les résultats de simulation issus de ce modèle permettent d'appuyer les observations expérimentales, et de poser les bases d'une étude sur la formation et le comportement de la phase gazeuse produite par le passage d'un arc électrique dans un liquide.

The aim of this thesis was to study the thermodynamics of small objects (nanoparticles or biomolecule) in out-of-equilibrium media. Two mirror media were explored, namely charged micrometric droplets and microbubbles generated under intense laser irradiation. By nature, these two systems are difficult to probe by traditional methods, which is why an innovative multi-scale thermography by optical methods has been developed. Thus, a local (within the nano-objects) and a global (in the surrounding medium) thermography were carried out. Such thermography uses Laser-Induced Fluorescence - a simple, non-invasive and efficient method for providing temperature measurements with good spatial, temporal and thermal resolution - using thermochromic dyes directly in solution or incorporated into nano- objects. This thermography is also supplemented with other physical measurements, in particular the size of microdroplets and microbubbles, towards a complete thermodynamic study of these systems. These thermodynamic studies were carried out around the two following themes: Biomolecular structures in charged microdroplets during dehydration. Electrospray sources, which have become an essential tool in mass spectrometry, present a rich and still poorly understood thermodynamics. Measurements of the size and temperature of charged micrometric droplets during evaporation have been possible in order to obtain a complete thermodynamic description of an electrospray source. Moreover, in order to be able to follow the conformation of biomolecules (proteins) during dehydration, the concept of fluorescence anisotropy as a conformational probe has been validated in solution and can be transposed for an in situ analysis into the electrospray plume. Nanoparticles in microbubbles generated by intense laser irradiation. Here, we want to study the influence of nanoparticles during the generation of microbubbles by nano-cavitation induced by intense laser irradiation. This thematic is at the heart of the project "ERTIGO". The main scientific objective of this project was to obtain an understanding of the absorption mechanisms of a solution containing irradiated nanoparticles. For this purpose, an atypical light source (random laser) has been used in order to be able to illustrate this complex out-of-equilibrium system as a function of time by optical microscopy. In parallel, a local measurement of the temperature of the nanoparticles is envisaged; Ce travail de thèse a eu pour but d'étudier la thermodynamique de petits objets (nanoparticules ou édifices biomoléculaires) dans des milieux fortement hors-équilibre. Deux milieux miroirs ont été explorés, à savoir des gouttelettes micrométriques chargées et des microbulles générées sous irradiation laser intense. Ces deux systèmes sont par nature difficiles à sonder par des méthodes traditionnelles, c'est pourquoi, une thermographie innovante multi-échelle par méthodes optiques a été développée. Ainsi, une thermographie locale (au sein des nano-objets) et globale (dans le milieu environnant) a été réalisée. Cette thermographie utilise la fluorescence induite par laser - méthode simple, non invasive et efficace pour fournir une mesure de température avec une bonne résolution spatiale, temporelle et thermique - grâce à des colorants thermochromiques directement en solution dans le milieu ou bien incorporés dans les nano-objets. Cette thermographie est également complétée avec d'autres mesures physiques, notamment la taille des gouttelettes et des bulles micrométriques pour aller vers une étude thermodynamique exhaustive de ces systèmes. Ces études thermodynamiques ont été menées autour des deux thématiques : Edifices biomoléculaires dans des gouttelettes micrométriques chargées en cours de déshydratation. Les sources électrospray, devenues un outil incontournable en spectrométrie de masse, présentent une thermodynamique riche et encore mal comprise. Des mesures de taille et de température de gouttelettes micrométriques chargées en cours d'évaporation ont pu être confrontées dans le but d'avoir une description thermodynamique complète d'une source électrospray. De plus, afin de pouvoir suivre la conformation des édifices biomoléculaires (protéines) en cours de déshydratation, le concept d'anisotropie de fluorescence comme sonde conformationnelle a été validé en solution et pourra être transposé pour une analyse in situ dans la plume de l'électrospray.Nanoparticules dans des microbulles générées sous irradiation laser intense. Il s'agit ici d'étudier l'influence de nanoparticules lors de la génération de microbulles par nano-cavitation induite par irradiation laser intense, thématique au coeur du projet « ERTIGO ». Le principal objectif scientifique de ce projet a été d'obtenir une compréhension des mécanismes d'absorption d'une solution contenant des nanoparticules irradiées. A cet effet, une source lumineuse atypique (laser aléatoire) a été employée

The aim of this thesis was to study the thermodynamics of small objects (nanoparticles or biomolecule) in out-of-equilibrium media. Two mirror media were explored, namely charged micrometric droplets and microbubbles generated under intense laser irradiation. By nature, these two systems are difficult to probe by traditional methods, which is why an innovative multi-scale thermography by optical methods has been developed. Thus, a local (within the nano-objects) and a global (in the surrounding medium) thermography were carried out. Such thermography uses Laser-Induced Fluorescence - a simple, non-invasive and efficient method for providing temperature measurements with good spatial, temporal and thermal resolution - using thermochromic dyes directly in solution or incorporated into nano- objects. This thermography is also supplemented with other physical measurements, in particular the size of microdroplets and microbubbles, towards a complete thermodynamic study of these systems. These thermodynamic studies were carried out around the two following themes: Biomolecular structures in charged microdroplets during dehydration. Electrospray sources, which have become an essential tool in mass spectrometry, present a rich and still poorly understood thermodynamics. Measurements of the size and temperature of charged micrometric droplets during evaporation have been possible in order to obtain a complete thermodynamic description of an electrospray source. Moreover, in order to be able to follow the conformation of biomolecules (proteins) during dehydration, the concept of fluorescence anisotropy as a conformational probe has been validated in solution and can be transposed for an in situ analysis into the electrospray plume. Nanoparticles in microbubbles generated by intense laser irradiation. Here, we want to study the influence of nanoparticles during the generation of microbubbles by nano-cavitation induced by intense laser irradiation. This thematic is at the heart of the project "ERTIGO". The main scientific objective of this project was to obtain an understanding of the absorption mechanisms of a solution containing irradiated nanoparticles. For this purpose, an atypical light source (random laser) has been used in order to be able to illustrate this complex out-of-equilibrium system as a function of time by optical microscopy. In parallel, a local measurement of the temperature of the nanoparticles is envisaged, Ce travail de thèse a eu pour but d'étudier la thermodynamique de petits objets (nanoparticules ou édifices biomoléculaires) dans des milieux fortement hors-équilibre. Deux milieux miroirs ont été explorés, à savoir des gouttelettes micrométriques chargées et des microbulles générées sous irradiation laser intense. Ces deux systèmes sont par nature difficiles à sonder par des méthodes traditionnelles, c'est pourquoi, une thermographie innovante multi-échelle par méthodes optiques a été développée. Ainsi, une thermographie locale (au sein des nano-objets) et globale (dans le milieu environnant) a été réalisée. Cette thermographie utilise la fluorescence induite par laser - méthode simple, non invasive et efficace pour fournir une mesure de température avec une bonne résolution spatiale, temporelle et thermique - grâce à des colorants thermochromiques directement en solution dans le milieu ou bien incorporés dans les nano-objets. Cette thermographie est également complétée avec d'autres mesures physiques, notamment la taille des gouttelettes et des bulles micrométriques pour aller vers une étude thermodynamique exhaustive de ces systèmes. Ces études thermodynamiques ont été menées autour des deux thématiques : Edifices biomoléculaires dans des gouttelettes micrométriques chargées en cours de déshydratation. Les sources électrospray, devenues un outil incontournable en spectrométrie de masse, présentent une thermodynamique riche et encore mal comprise. Des mesures de taille et de température de gouttelettes micrométriques chargées en cours d'évaporation ont pu être confrontées dans le but d'avoir une description thermodynamique complète d'une source électrospray. De plus, afin de pouvoir suivre la conformation des édifices biomoléculaires (protéines) en cours de déshydratation, le concept d'anisotropie de fluorescence comme sonde conformationnelle a été validé en solution et pourra être transposé pour une analyse in situ dans la plume de l'électrospray.Nanoparticules dans des microbulles générées sous irradiation laser intense. Il s'agit ici d'étudier l'influence de nanoparticules lors de la génération de microbulles par nano-cavitation induite par irradiation laser intense, thématique au coeur du projet « ERTIGO ». Le principal objectif scientifique de ce projet a été d'obtenir une compréhension des mécanismes d'absorption d'une solution contenant des nanoparticules irradiées. A cet effet, une source lumineuse atypique (laser aléatoire) a été employée

A bubble undergoing an acoustic wave is likely to oscillate. The displacement of the air-fluid interface generates a local compression of the outer fluid where a scattered wave is thus created. This very simple mechanism has been successfully described by the famous Rayleigh-Plesset formula derived at the beginning of the previous century. At low frequencies, the resonant behavior (Minnaert) is responsible for a strongenhancement of the oscillations of the bubble which thus becomes a very efficient scatterer. In a realistic media, bubbles are not isolated. The interferences occurring between an infinity of scattering sequences make the description of the propagation a lot harder to achieve.In this thesis, we introduce the effective theories that are classically adopted to describe random bubbly liquids. After being compared to our numerical results, these theories are used in order to design bubbly materials featuring some interesting properties such as superfocusing or negative refraction. The case of periodic assembly is addressed as well for both a simple square lattice bubble raft and a cubic centered faces bi-periodic crystal. We show that the periodicity induces an explicit modification in the dispersion of the medium and offers a simple tunable parameter.At last, we focus on the possibility for the bubble to move inside the host fluid and which is thus likely to experience an acoustic radiation pressure called Bjerknes force. We show how the secondary Bjerknes force, resulting from the wave scattered by a bubble toward its neighbors, can be exploited in order to manipulate one or several free bubble flowing near one or several trapped bubbles.; Lorsqu’elle est excitée par une onde ultrasonore, une bulle d’air oscille. Les mouvements de l’interface eau-air entrainent un déplacement local du fluide hôte qui devient le siège de la propagation d’une onde diffusée. Ce mécanisme très simple est fidèlement décrit par le formalisme de Rayleigh-Plesset datant du début du siècle dernier. À basse fréquence, au voisinage de la résonance de Minnaert, les oscillations de la bullepeuvent devenir particulièrement amples et la diffusion extrêmement efficace. Dans un environnement réaliste, les bulles sont présentes en grand nombre et la description se complique sensiblement puisque la propagation résulte de l’interférence entre une infinité de séquences de diffusion.Au cours de cette thèse, nous introduirons les modèles de milieux effectifs qui permettent de prédire le comportement de fluides bulleux désordonnés. Après avoir été confrontées aux résultats issus de la simulation numérique, ces théories effectives nous permettront de concevoir des matériaux désordonnés aux propriétés étonnantes comme la superfocalisation ou la réfraction négative. Nous envisagerons également l’étude d’arrangements cristallins et verrons que la périodicité induit des modifications sensibles dans le comportement du milieu tout en constituant un levier de contrôle efficace. Enfin, la bulle est susceptible de se mouvoir et, par conséquent, de ressentir des forces de pression de radiation. En particulier, Nous verrons comment la force de Bjerknes secondaire, issue du champ diffusé par une bulle vers l’une de ses voisines, peut être exploitée afin de manipuler une ou plusieurs bulles mobiles au voisinage d’une ou plusieurs bulles piégées.

A bubble undergoing an acoustic wave is likely to oscillate. The displacement of the air-fluid interface generates a local compression of the outer fluid where a scattered wave is thus created. This very simple mechanism has been successfully described by the famous Rayleigh-Plesset formula derived at the beginning of the previous century. At low frequencies, the resonant behavior (Minnaert) is responsible for a strongenhancement of the oscillations of the bubble which thus becomes a very efficient scatterer. In a realistic media, bubbles are not isolated. The interferences occurring between an infinity of scattering sequences make the description of the propagation a lot harder to achieve.In this thesis, we introduce the effective theories that are classically adopted to describe random bubbly liquids. After being compared to our numerical results, these theories are used in order to design bubbly materials featuring some interesting properties such as superfocusing or negative refraction. The case of periodic assembly is addressed as well for both a simple square lattice bubble raft and a cubic centered faces bi-periodic crystal. We show that the periodicity induces an explicit modification in the dispersion of the medium and offers a simple tunable parameter.At last, we focus on the possibility for the bubble to move inside the host fluid and which is thus likely to experience an acoustic radiation pressure called Bjerknes force. We show how the secondary Bjerknes force, resulting from the wave scattered by a bubble toward its neighbors, can be exploited in order to manipulate one or several free bubble flowing near one or several trapped bubbles.; Lorsqu’elle est excitée par une onde ultrasonore, une bulle d’air oscille. Les mouvements de l’interface eau-air entrainent un déplacement local du fluide hôte qui devient le siège de la propagation d’une onde diffusée. Ce mécanisme très simple est fidèlement décrit par le formalisme de Rayleigh-Plesset datant du début du siècle dernier. À basse fréquence, au voisinage de la résonance de Minnaert, les oscillations de la bullepeuvent devenir particulièrement amples et la diffusion extrêmement efficace. Dans un environnement réaliste, les bulles sont présentes en grand nombre et la description se complique sensiblement puisque la propagation résulte de l’interférence entre une infinité de séquences de diffusion.Au cours de cette thèse, nous introduirons les modèles de milieux effectifs qui permettent de prédire le comportement de fluides bulleux désordonnés. Après avoir été confrontées aux résultats issus de la simulation numérique, ces théories effectives nous permettront de concevoir des matériaux désordonnés aux propriétés étonnantes comme la superfocalisation ou la réfraction négative. Nous envisagerons également l’étude d’arrangements cristallins et verrons que la périodicité induit des modifications sensibles dans le comportement du milieu tout en constituant un levier de contrôle efficace. Enfin, la bulle est susceptible de se mouvoir et, par conséquent, de ressentir des forces de pression de radiation. En particulier, Nous verrons comment la force de Bjerknes secondaire, issue du champ diffusé par une bulle vers l’une de ses voisines, peut être exploitée afin de manipuler une ou plusieurs bulles mobiles au voisinage d’une ou plusieurs bulles piégées.

Ce manuscrit propose, au travers de 8 articles et 2 actes de congrès, un tour d'horizon de mes recherches expérimentales sur l'acoustique des bulles depuis le 1er octobre 2005. On verra, au fil des pages, se dessiner 3 motivations principales à l'étude des milieux bulleux : - D'un point de vue fondamental, le milieu bulleux est un système modèle pour la propagation des ondes en milieu complexe. Il permet en particulier d'aborder, dans un cadre formel simple, les problèmes de propagation d'ondes en régime de forte diffusion multiple. - Les bulles interviennent dans de nombreuses applications pratiques. Que l’on cherche à les éliminer (industrie verrière) ou à les favoriser (boulangerie), être capable de les détecter et de les caractériser (taille, concentration) est un enjeu important. Comme les bulles ont une signature acoustique forte, les méthodes ultrasonores constituent un outil de choix pour déterminer, par exemple, la distribution en taille de bulles dans un milieu visco-élastique opaque. - Les propriétés acoustiques extraordinaires des milieux bulleux peuvent être mises à profit pour créer de nouveaux matériaux acoustiques. Un atout majeur pour cette recherche est la persistance de la résonance basse fréquence des bulles lorsqu’elles ne sont plus dans un liquide, mais dans un milieu élastique mou (i.e., avec un module élastique relativement faible, inférieur à 10 MPa). On peut donc obtenir des matériaux bulleux stables ayant des propriétés acoustiques inédites.

This thesis deals with the influence of textures on wetting and propulsion. Three situations have been considered, depending on the texture size.Aerophilic surfaces can be obtained with hydrophobic nanometric structures. When immerged in a liquid bath, these surfaces remain covered by a thin plastron of air. This oppens a new class of problems where gas – liquid interfaces are exchanged, compared to usual studies. We described the spreading of an air bulle over an aerophilic surface, capillary depression and the dynamics of a bubble on a wire.Millimetric sutructures allow an efficient redirection of the air cushion between a levitating object and its substrate. Because the flux is controlled, a specific direction can appear, and the object is efficiently propelled. Depending on the textures location, viscous entrainement or rocket effect can be the propulsive mechanism.Hydrophobic nanotextures are used to generate non-wetting situation of water. A tiny angle of tilt of the surface is enough to see a drop mouving; its velocity is high because of the low friction. Macrotextures, as millimetric crennels slow down very efficiently the drop: the study optimized the control of the drop (possibly viscous) motion., La thèse porte sur l’étude de l’influence des textures sur le mouillage et la propulsion. Trois situations ont été considérées, selon la taille des textures utilisées.Des textures nanométriques hydrophobes permettent d’obtenir des surfaces aérophiles. Lorsque ces surfaces sont immergées dans un bain, elles restent recouvertes d’un fin film d’air et ouvrent toute une classe de nouveaux problèmes de mouillage, où les interfaces gaz – liquide sont inversées par rapport aux situations traditionnelles. Nous avons décrit l’étalement d’une bulle d’air sur une surface aérophile, la dépression capillaire ou encore la dynamique de bulles sur des fils.En situation de lévitation, des textures de l’ordre du millimètre permettent de rediriger efficacement le flux d’air qui sépare un objet de son support. L’écoulement étant contrôlé, une direction privilégiée peut être choisie et l’objet se trouve alors efficacement propulsé. Selon l’emplacement des textures, un entrainement visqueux ou une propulsion par effet fusée peuvent être observés.Sur des créneaux millimétriques recouverts de nanotextures hydrophobes, l’eau est en situation non-mouillante. Il suffit d’une toute petite inclinaison de la surface pour qu’une goutte dévale, et elle atteint rapidement des vitesses importantes puisque la friction est très faible. La présence des macrotextures sur la surface permet de ralentir considérablement la goutte : l’étude a porté sur l’optimisation du contrôle d’une goutte, éventuellement visqueuse.

For a better understanding of the dynamics of ascent and eruption of basaltic magmas, we have performed high pressure (200–25 MPa) and high temperature (1200°C) decompression experiments specifically oriented to document gas bubble nucleation processes. Bubble nucleation occurs first during magma degassing and, so, it is critical to understand bubble nucleation processes to constrain the evolution of the gas phase (which is the driving force of explosive eruptions) in the volcanic conduit. Four main sets of experiments were conducted to better assess the role of the major volatiles (H2O, CO2, S), as well as the effects of ascent rate and crystals, on bubble vesiculation (nucleation, growth, coalescence) kinetics in basaltic magmas. The aim of the study is to understand the mechanisms which control the textural (number, size, shape of bubbles) and the chemical (dissolved volatile concentrations, gas composition) characteristics of natural products, and also to approach them experimentally. In this way, experimental melts, before and after decompression, were analysed texturally (by X-ray microtomography and MEB) and chemically (by FTIR and electron microprobe). Our results demonstrate a strong influence of CO2 on degassing mode (equilibrium vs. disequilibrium) and mechanisms, which are shown to be controlled by differences in solubility and diffusivity between the main volatile species. Finally, our data, obtained under conditions closely approaching natural eruptions, have volcanological implications for the interpretation of bubble textures and gas measurements, as well as, more specifically, for the dynamics of Strombolian paroxysms.; Afin de parvenir à une meilleure compréhension de la dynamique d’ascension et d’éruption des magmas basaltiques, nous avons réalisé des expériences de décompression à haute pression (200–25 MPa) et haute température (1200°C) spécifiquement orientées pour documenter la nucléation des bulles de gaz ; ce processus, qui constitue la première étape du dégazage magmatique, conditionne l’évolution de la phase gazeuse (force motrice des éruptions explosives) dans le conduit volcanique. Quatre principaux ensembles d’expériences ont été menés afin de mieux comprendre le rôle des volatils majeurs (H2O, CO2, S), ainsi que les effets de la vitesse d’ascension et de la présence de cristaux sur la cinétique de vésiculation (nucléation, croissance, coalescence) des bulles dans les magmas basaltiques. L’objectif est de comprendre les mécanismes qui contrôlent les caractéristiques texturales (nombre, taille, forme des bulles) et chimiques (teneur en volatils dissous, composition des gaz) des produits naturels et de les approcher expérimentalement. Dans ce sens, les verres expérimentaux ont été analysés avant et après décompression sur le plan textural (microtomographie par rayons X, MEB) et chimique (FTIR, microsonde électronique). Nos résultats démontrent une forte influence du CO2 sur les processus ainsi que sur le mode (équilibre vs. déséquilibre) de dégazage des magmas basaltiques, en lien avec des différences de solubilité et de diffusivité entre les espèces volatiles. Nos données, obtenues dans des conditions voisines des conditions naturelles, ont des implications volcanologiques pour l’interprétation des textures de bulles et des mesures de gaz en sortie de conduit, ainsi que, plus spécifiquement, pour la dynamique des éruptions paroxysmales au Stromboli.

The Marangoni convection is a phenomenon that appears in the presence of a tension surface gradient along an interface between two immiscible fluids. It is possible to observe that appear convection around vapor bubbles in the heat exchangers with the phase change. However, the Marangoni convection has been neglected to other phenomena involved in the heat transfer. In the age of miniaturization, it becomes impossible to overlook this micro convection. The aim of this thesis si to characterize the dynamics of Marangoni convection around a bubble. The first part deals with the 2D results around an air bubble in the presence of a temperature gradient. This case is easier to implement and allows having a better knowledge with the Marangoni convection. The second part focuses on the two-dimensional study of the convection around a vapor bubble The results showed that the phenomenon quickly became three-dimensional. The last section therefore presents a method for measuring optical innovative 3D3C.; La convection de Marangoni est un phénomène hydrodynamique qui apparaît en présence d'un gradient de tension de surface le long d'une interface entre deux fluides non miscibles. Il est possible de voir apparaître cette convection, dans les échangeurs de chaleur avec changement de phase, autour des bulles de vapeur. Cependant, la convection de Marangoni a longtemps été négligée devant les autres phénomènes intervenant dans le transfert de chaleur. A l'ère de la miniaturisation, il devient impossible de négliger cette micro convection. Le but de la thèse est donc de caractériser la dynamique d'écoulement de la convection de Marangoni autour d'une bulle. La première partie présente la résultats 2D obtenus autour d'une bulle d'air en présence d'un gradient de température. Ce cas est plus simple à mettre en oeuvre et permet ainsi de se familiariser avec la convection de Marangoni. La seconde partie porte cette fois-ci sur l'étude bidimensionnelle de cette convection autour d'une bulle de vapeur. Les résultats ont montré que le phénomène devenait très rapidement tridimensionnel . La dernière partie présente donc une méthode de mesure optique 3D innovatrice qui permet de connaître la dynamique de l'écoulement dans les trois dimensions et les trois composantes.

The objective of this PhD thesis was to characterise, model and rank the mechanisms involved in the growth of bubbles in semi-hard cheeses, at the bubble scale. Three steps were considered. First, a mechanical characterisation of the material enabled to define a rheological model to describe the behaviour of the material (generalised Maxwell model), and to set-up a method to determine the model parameters by fitting of compression-relaxation data. Secondly, the Maxwell model consisted in setting up an experimental validation procedure allowing studying different loads on a single bubble surrounded by a cheese cylinder. Experiments were monitored in real-time in a non-invasive manner by MRI imaging and were compared to simulations reproducing the experimental conditions. Finally, mass transport (CO2) was also taken into account in the model. Simulation results were first compared to the average bubble growth in cheese blocks, and then a dedicated experimental set-up similar to that used previously was used. Mechanical characterisation of semi-hard cheese showed the rheological properties did not evolve during ripening, but presented a steep spatial gradient. Despite its simplicity, the Maxwell model showed good agreement with the experimental results. A sensitivity study demonstrated that the highest relaxation time (about several hours) and the bubble position were the most influent parameters over bubble growth, when only the mechanical model was involved. Coupling between mass and momentum transport in a single bubble case demonstrated the great influence of the mass transport parameters on bubble growth, especially diffusivity and CO2 production rate. In the case where two gaseous cavities are involved, geometric parameters (cavities positions, dimensions and shape) proved to be as important as the mass transport parameters on the bubble growth., L'objectif de cette thèse était de caractériser, de modéliser et de hiérarchiser les mécanismes acteurs de la croissance de bulles dans un fromage à pâte pressée non-cuite à l'échelle de la bulle. Pour cela, trois étapes majeures ont été envisagées. Une première étape de mise au point d’une méthode de détermination des paramètres du modèle mécanique (modèle de Maxwell généralisé) par ajustement de courbes expérimentales de compression-relaxation a été effectuée. Une deuxième étape de validation a consisté en la réalisation d'un dispositif expérimental permettant de soumettre une bulle isolée dans un cylindre de fromage à diverses sollicitations mécaniques, à suivre l'évolution du dispositif en temps réel et de façon non invasive par IRM, et à confronter ces résultats à des simulations reproduisant les conditions d'acquisition. Une dernière étape a consisté à rajouter la prise en compte du transport de matière (CO2) au sein du fromage dans la modélisation. Les résultats de simulation ont dans un premier temps été confrontés au comportement moyen des bulles au sein d'un bloc de fromage, et dans un deuxième temps un dispositif expérimental de validation similaire à celui de l'étape précédente a été développé. La caractérisation mécanique du fromage a montré que les propriétés rhéologiques n'évoluent pas au cours de l'affinage, mais qu'elles sont soumises à un fort gradient spatial. Le modèle de Maxwell a été validé expérimentalement dans des conditions de sollicitations mécaniques uniquement et une étude de sensibilité a permis de montrer la forte influence des temps de relaxation les plus longs (plusieurs heures) et de la position de la bulle sur la croissance. L'étude du couplage entre transport de quantité de mouvement et transport de matière dans un contexte de croissance d'une seule bulle a permis de montrer la grande influence des paramètres de transport de matière sur la croissance de bulle, en particulier pour le coefficient de diffusion et le taux de production de CO2. Dans un contexte où deux cavités gazeuses sont mobilisées, les paramètres géométriques (position, dimensions, forme des cavités) se sont montrés aussi importants que les paramètres de transport de matière.

As we show by using notions of equilibrium in infinite sequential games, crashes or financial escalations are rational for economic or environmental agents, who have a vision of an infinite world. This contradicts a picture of a self-regulating, wise and pacific economy. In other words, in this context, equilibrium is not synonymous of stability. We try to draw, from this statement, methodological consequences and new ways of thinking, especially in microeconomics. To the mindware of the specialists of cognitive psychology, one must add, coinduction which is the basis of our reasoning in infinite games and the notion of rationality must be refined., Comme nous le montrons en utilisant les notions d'équilibre dans la théorie des jeux séquentiels infinis, les krachs ou les escalades financières sont rationnels, pour les agents économiques ou environnementaux, qui ont une vision d'un monde infini. Cela va à l'encontre de la vision d'une économie en équilibre, auto-régulatrice, sage et pacifique. Autrement dit, dans ce contexte, équilibre n'est plus synonyme de stabilité. Nous tentons de tirer de ce constat quelques conséquences méthodologiques et quelques nouveaux modes de pensée que l'on doit adopter, notamment en microéconomie. Au kit de raisonnement (le " mindware " des psychologues cogniticiens) on doit ajouter la coinduction qui est à la base de notre raisonnement sur les jeux infinis et la notion de rationalité doit être raffinée.

Three magmas (a synthetic haplotonalite, a basalt and a dacite from Santorini Volcano) have been deformed together at P=300 MPa in a Paterson type apparatus to constrain the mixing capacities between chemically contrasted magmas. Both dry and hydrous conditions were investigated at temperatures varying between 600 and 1200°C to vary magma crystallinity and visc osity contrasts. Mingling and mixing features were produced, which closely resemble those encountered in nature. Mingling features are xenocrysts, enclaves, and melt filaments. Diverse intermediate liquids and newly grown crystals characterize the mixing textures. Both mixing and mingling features were produced after crystal network breakage, at low viscosity contrasts (less than 0.3 log unit) and bulk viscosities lower than 107 – 108 Pa.s. The presence of water considerably affects the rheological properties of magmas and their mixing capacities: water-saturated magmas are able to mix at temperatures 200°C colder than their dry equivalent, and bubbles may influence the viscosity contrast leading to mixing at lower crystal fractions. Rheological conditions favourable to magma mixing between the resident magma in the reservoir and a hot replenishing one were determined according to the injected mafic magma fraction. The minimum fraction of mafic magma for mixing is 0.5 for typical arc magma chambers. The comparison with plutonic and volcanic rocks displaying mixing features shows that mixing may, however, occur at lower fractions. This suggests that reservoir dynamism may depend on the style and the frequency of the injection rate, and the amount of volatiles.; Trois magmas (haplotonalite synthétique, basalte et dacite de Santorin) ont été juxtaposés et déformés à l’aide d’une presse de type Paterson pour contraindre les conditions de mélange de magmas à haute pression (300 MPa). Ces trois magmas ont été utilisés en conditions sèches ou hydratées et dans une gamme de température comprise entre 600 et 1200°C, permettant d’obtenir plusieurs fractions cristallines et contrastes de viscosité. Les textures de mélange produites lors des expériences dépendent de la fraction cristalline et sont similaires aux textures rencontrées dans la nature. Les textures de mélange mécanique (mingling) produites sont la ségrégation de cristaux depuis leur magma source, la formation d’enclaves par détachement et de filaments par étirement de parcelles de magma. Le mélange chimique (mixing) est illustré par des zones d’interactions comportant une large variété de liquides intermédiaires et la cristallisation de nouvelles phases. Le mélange est produit en l’absence d’une charpente cristalline dans l’un ou l’autre des magmas, si le contraste de viscosité est faible (< 0,3 unité log) et en dessous d’un seuil de viscosité absolue, déterminé entre 107 et 108 Pa.s. Par ailleurs, l’eau joue un rôle important sur les propriétés rhéologiques des magmas, et donc sur leurs capacités de mélanges : elle abaisse le seuil de mélange de près de 200°C entre des magmas saturés en eau, et son exsolution (présence de bulles) entraîne une réduction significative des viscosités promouvant le mélange à des fractions cristallines plus faibles. Les conditions rhéologiques favorables aux mélanges entre le magma d’un réservoir et un magma plus chaud qui le recharge ont été déterminées selon la fraction de magma injecté. Cette fraction est de 0,5 minimum pour la majorité des réservoirs typiques du contexte d’arc. La comparaison avec des systèmes plutoniques et volcaniques exposant des figures de mélange montre que les conditions favorables aux mélanges sont atteintes avec des fractions inférieures. Ceci suggère que le fonctionnement d’un réservoir magmatique est influencé par ses styles et taux de recharge, ainsi que la quantité de volatils.

Three magmas (a synthetic haplotonalite, a basalt and a dacite from Santorini Volcano) have been deformed together at P=300 MPa in a Paterson type apparatus to constrain the mixing capacities between chemically contrasted magmas. Both dry and hydrous conditions were investigated at temperatures varying between 600 and 1200°C to vary magma crystallinity and visc osity contrasts. Mingling and mixing features were produced, which closely resemble those encountered in nature. Mingling features are xenocrysts, enclaves, and melt filaments. Diverse intermediate liquids and newly grown crystals characterize the mixing textures. Both mixing and mingling features were produced after crystal network breakage, at low viscosity contrasts (less than 0.3 log unit) and bulk viscosities lower than 107 – 108 Pa.s. The presence of water considerably affects the rheological properties of magmas and their mixing capacities: water-saturated magmas are able to mix at temperatures 200°C colder than their dry equivalent, and bubbles may influence the viscosity contrast leading to mixing at lower crystal fractions. Rheological conditions favourable to magma mixing between the resident magma in the reservoir and a hot replenishing one were determined according to the injected mafic magma fraction. The minimum fraction of mafic magma for mixing is 0.5 for typical arc magma chambers. The comparison with plutonic and volcanic rocks displaying mixing features shows that mixing may, however, occur at lower fractions. This suggests that reservoir dynamism may depend on the style and the frequency of the injection rate, and the amount of volatiles.; Trois magmas (haplotonalite synthétique, basalte et dacite de Santorin) ont été juxtaposés et déformés à l’aide d’une presse de type Paterson pour contraindre les conditions de mélange de magmas à haute pression (300 MPa). Ces trois magmas ont été utilisés en conditions sèches ou hydratées et dans une gamme de température comprise entre 600 et 1200°C, permettant d’obtenir plusieurs fractions cristallines et contrastes de viscosité. Les textures de mélange produites lors des expériences dépendent de la fraction cristalline et sont similaires aux textures rencontrées dans la nature. Les textures de mélange mécanique (mingling) produites sont la ségrégation de cristaux depuis leur magma source, la formation d’enclaves par détachement et de filaments par étirement de parcelles de magma. Le mélange chimique (mixing) est illustré par des zones d’interactions comportant une large variété de liquides intermédiaires et la cristallisation de nouvelles phases. Le mélange est produit en l’absence d’une charpente cristalline dans l’un ou l’autre des magmas, si le contraste de viscosité est faible (< 0,3 unité log) et en dessous d’un seuil de viscosité absolue, déterminé entre 107 et 108 Pa.s. Par ailleurs, l’eau joue un rôle important sur les propriétés rhéologiques des magmas, et donc sur leurs capacités de mélanges : elle abaisse le seuil de mélange de près de 200°C entre des magmas saturés en eau, et son exsolution (présence de bulles) entraîne une réduction significative des viscosités promouvant le mélange à des fractions cristallines plus faibles. Les conditions rhéologiques favorables aux mélanges entre le magma d’un réservoir et un magma plus chaud qui le recharge ont été déterminées selon la fraction de magma injecté. Cette fraction est de 0,5 minimum pour la majorité des réservoirs typiques du contexte d’arc. La comparaison avec des systèmes plutoniques et volcaniques exposant des figures de mélange montre que les conditions favorables aux mélanges sont atteintes avec des fractions inférieures. Ceci suggère que le fonctionnement d’un réservoir magmatique est influencé par ses styles et taux de recharge, ainsi que la quantité de volatils.

La synthèse de mes travaux de recherche concerne les phénomènes de transfert dans des liquides visqueux réactifs. L’application visée est l’élaboration des verres déclinée autour de trois grands sujets : les transferts de masse entre des bulles et un «verre» fondu, la stabilité des mousses de verre et les phénomènes de convection naturelle appliqués aux fours verriers.Sur le premier thème, l’accent est mis sur la prise en compte des réactions chimiques d’oxydoréduction liées au fer contenu dans les verres industriels. Un modèle couplant advection-diffusion-réaction a été utilisé pour déterminer les coefficients de transferts de masse de l’oxygène. Ces résultats ont été appliqués à la résorption de bulles d’oxygène. Les évolutions de la taille des bulles au cours du temps obtenuesexpérimentalement sont comparées à celles issues des modèles numériques.La stabilité des mousses a été abordée en étudiant le drainage et la stabilité de bulles à la surface libre d’un liquide et la stabilité de films verticaux. Un code numérique basé sur la formulation intégrale des équations de Stokes a été développé et appliqué au drainage des bulles. Les résultats montrent que les films entre une bulle et une surface libre drainent de façon exponentielle avec le temps et que la taille relative dela bulle comparée à l’échelle capillaire est un facteur important. Plus la bulle est grosse, plus le film draine lentement. Une expérience pour étudier le drainage de bulle dans un verre a été développée avec laquelle nous retrouvons les comportements théoriques indiqués ci-dessus. Des mécanismes de stabilisation des films de verre ont également été mis en avant reposant sur l’évaporation du sodium.Les phénomènes de convection dans les fours verriers sont abordés en étudiant les distributions des temps de séjour. Une représentation minimale d’un bain de verre est faite à l’aide de deux réacteurs parfaitement agités avec un volume mort important mis en évidence. La convection naturelle est étudiée en focalisant sur un modèle simplifié à deux dimensions. Il ressort qu’un seul paramètre correspondant au produit du nombre de Rayleigh par le rapport d’aspect, hauteur sur longueur, au carré, contrôle l’écoulement et la thermique. Les lois de transferts sont établies à l’aide d’une analyse numérique.

The objective of this work was to improve the modelling of boiling bubbly flows.We focused on the modelling of the polydisperse aspect of a bubble population, i.e. the fact that bubbles have different sizes and different velocities. The multi-size aspect of a bubble pupolation can originate from various mechanisms. For the bubbly flows we are interested in, bubble coalescence, bubble break-up, phase change kinematics and/or gas compressibility inside the bubbles can be mentionned. Since, bubble velocity depends on bubble size, the bubble size spectrum also leads to a bubble velocity spectrum. An averaged model especially dedicated to dispersed flows is introduced in this thesis. Closure of averaged inter- phase transfer terms are written in a polydisperse framework, i.e. using a distribution function of the bubble sizes and velocities. A quadratic law and a cubic law are here proposed for the modelling of the size distribution function, whose evolution in space and time is then obtained with the use of the moment method. Our averaged model has been implemented in the NEPTUNE_CFD computation code in order to simulate the DEBORA experiment. The ability of our model to deal with sub-cooled boiling flows has therefore been evaluated.; Cette thèse porte sur l'amélioration de la modélisation des écoulements à bulles, et plus particulièrement des écoule- ments bouillants, dont la compréhension et la prédiction est essentielle pour de nombreuses applications industrielles. L'axe de recherche choisi ici est la prise en compte du caractère polydisperse de la population de bulles, autrement dit du fait que toutes les bulles n'aient ni la même taille, ni la même vitesse. Divers mécanismes peuvent être cités pour expliquer l'existence de la variété de tailles de bulles ; dans notre cas on peut principalement citer la coalescence et la fragmentation de bulles, la cinématique de changement de phase ou encore la compressibilité du gaz à l'intérieur des bulles. De cette polydispersion en taille découle également une polydispersion en vitesse, puisqu'il est bien connu que la vitesse de déplacement d'une bulle est fonction de sa taille. Un modèle moyenné spécialement adapté aux écoulements à phase dispersée est présenté dans ce manuscrit, modèle que l'on pourra caractériser de polydisperse puisque prenant en compte une fonction de distribution en taille et en vi- tesse des bulles. Deux lois mathématiques particulières, une loi quadratique et une loi cubique, sont proposées dans ce manuscrit pour modéliser la fonction de distribution en taille des bulles, son évolution spatio-temporelle étant obtenue à l'aide la méthode des moments. Ces deux lois ayant une expression mathématique relativement simple, les différents termes d'échanges entre phases ont pu être fermés dans un cadre polydisperse. Ce modèle moyenné polydisperse a été implanté dans le code de calcul NEPTUNE_CFD, puis testé en tentant de reproduire par la simulation l'expérience DEBORA du CEA Grenoble, expérience dédiée à l'étude des écoulements bouillants sous-saturés.

The scope of this thesis is micromanipulation in liquid media. This scientific field aims at understanding the relevant phenomena existing during the manipulation in a liquid of microcomponents having a size between 1µm and a few millimeters. This work focuses on the study of surface tension forces in immersed media. The main idea is to use gas bubbles as actuation mean in a liquid, and requires to study the mechanical properties of these bubbles. The originality of the approach is the combination of two effects: surface tension and gas compressibility. The first step was the study of an efficient mean to generate a single bubble of predefined size. Volume controlled bubble generation being a promising method, we have then developed a model to predict the size of a bubble, and emphasized the possible existence of a growing instability. An analytic dimensionless study allowed to define a criterion to predict the existence of this instability. The second step aimed at the mechanical characterization in quasi static equilibrium of a gas bubble caught between two solids. The purpose is to predict the force generated by the bubble, together with its stiffness. The model implemented allowed to infer interesting properties, notably a high compliance whose value is controllable by fluidic parameters. This compliance property being very important during micromanipulation, a demonstrator making use of gas bubbles has been designed and manufactured. It consists in a compliant microtable actuated by three bubbles. This work opens the way to new actuation or sensing means, using the transduction between fluidic and mechanic energy operated by a capillary bridge.; Cette thèse a pour contexte la micromanipulation en milieu liquide. Cette thématique scientifique vise à comprendre les phénomènes qui interviennent lors de la manipulation dans un liquide de microcomposants, dont la taille peut varier entre 1µm et quelques millimètres. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur l'étude des forces de tension de surface en milieu immergé. L'idée est d'utiliser des bulles de gaz comme un moyen d'actionnement dans les milieux liquides, et nécessite d'étudier les propriétés mécaniques de ces bulles. L'originalité de l'approche repose sur la combinaison de deux effets : la tension de surface et la compressibilité du gaz. La première étape a été l'étude d'un moyen pour générer une unique bulle de gaz de taille voulue. Le contrôle en volume étant une méthode prometteuse, nous avons développé un modèle permettant de prédire la taille d'une bulle, et mis en évidence la possible existence d'une instabilité de la croissance de ces bulles. Une étude analytique adimensionnelle nous a permis de définir un critère pour prédire l'existence de cette instabilité. La seconde étape a porté sur la caractérisation mécanique d'une bulle de gaz en contact avec deux solides. Le modèle implémenté a permis de déduire des propriétés intéressantes des bulles de gaz, notamment une grande compliance dont la valeur peut être contrôlée par des paramètres fluidiques. Un démonstrateur exploitant les bulles de gaz a été conçu : une microtable compliante actionnée par trois bulles. Ces travaux ouvrent la voie vers de nouveaux modes d'actionnement ou de capteur utilisant la transduction entre une énergie fluidique et mécanique opérée par un ménisque capillaire.

The scope of this thesis is micromanipulation in liquid media. This scientific field aims at understanding the relevant phenomena existing during the manipulation in a liquid of microcomponents having a size between $1,micrometer$ and a few millimeters. This work focuses on the study of surface tension forces in immersed media, because they have favorable scaling effect. The main idea is to use gas bubbles as actuation mean in a liquid, and requires to study the mechanical properties of these bubbles. The originality of the approach is the combination of two effects: surface tension and gas compressibility. The first step was the study of an efficient mean to generate a single bubble of predefined size. After a detailed review, it appeared that volume controlled bubble generation was a promising method. We have then developed a model to predict the size of a bubble, and emphasized the possible existence of a growing instability. An analytic dimensionless study allowed to define a criterion to predict the existence of this instability.The second step aimed at the mechanical characterization in quasi static equilibrium of a gas bubble caught between two solids. The purpose is to predict the force generated by the bubble, together with its stiffness. The model implemented allowed to infer interesting properties, notably a high compliance whose value is controllable by fluidic parameters. This compliance property being very important during micromanipulation, a demonstrator making use of gas bubbles has been designed and manufactured. It consists in a compliant microtable actuated by three bubbles. This work opens the way to new actuation or sensing means, using the transduction between fluidic and mechanic energy operated by a capillary bridge./Cette thèse a pour contexte la micromanipulation en milieu liquide. Cette thématique scientifique vise à comprendre les phénomènes qui interviennent lors de la manipulation dans un liquide de microcomposants, dont la taille peut varier entre $1,micrometer$ et quelques millimètres. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur l'étude des forces de tension de surface en milieu immergé, car elles bénéficient d'effets d'échelle favorables. L'idée poursuivie est d'utiliser des bulles de gaz comme un moyen d'actionnement dans les milieux liquides, et nécessite d'étudier les propriétés mécaniques de ces bulles. L'originalité de l'approche repose sur la combinaison de deux effets :la tension de surface et la compressibilité du gaz.La première étape a été l'étude d'un moyen efficace pour générer une unique bulle de gaz de taille voulue. Après une analyse exhaustive, il est apparu que la génération de bulle par le contrôle en volume était une méthode prometteuse. Nous avons alors développé un modèle permettant de prédire la taille d'une bulle, et mis en évidence la possible existence d'une instabilité de la croissance de ces bulles. Une étude analytique adimensionnelle nous a permis de définir un critère pour prédire l'existence ou non de cette instabilité. La seconde étape a porté sur la caractérisation mécanique en régime quasi statique d'une bulle de gaz en contact avec deux solides. Le but étant de prédire la force générée par une bulle de gaz sur les solides ainsi que sa raideur. Le modèle implémenté a permis de déduire des propriétés intéressantes des bulles de gaz, notamment une grande compliance dont la valeur peut être contrôlée par des paramètres fluidiques. Cette propriété de compliance étant très recherchée en micromanipulation, un démonstrateur exploitant les bulles de gaz a été conçu. Il s'agit d'une microtable compliante actionnée par trois bulles. Ces travaux ouvrent la voie vers de nouveaux modes d'actionnement ou de capteur utilisant la transduction entre une énergie fluidique et mécanique opérée par un ménisque capillaire., Doctorat en Sciences de l'ingénieur, info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis is about the action of acoustic waves on micrometer-sized bubbles excited at their resonance frequency. Indeed, bubbles can be considered as mechanical oscillators and the acoustic forces at the resonance, called Bjerknes forces, have non ordinary properties. Moreover, the bubbles interact between them by the emission of a secondary acoustic field, leading to their self-organization on a periodic mesh. Here, the bubbles are confined in microchannels, they are not spherical and rub against the walls. The experimental study of the acoustic forces (primary and secondary force) is thus preceded by the modeling of the bubble flow, linking the wall friction to the applied external forces. Several applications dedicated to the lab-on-a-chip are developped, with the size sorting, the controlled asymetric break-up, the automatic switching at a bifurcation and the manipulation of drops., Cette thèse traite de l'action des ondes acoustiques sur des bulles micrométriques excitées à leur fréquence de résonance. En effet, les bulles peuvent être considérées comme des oscillateurs mécaniques et les forces acoustiques à leur résonance, appelées forces de Bjerknes, ont des propriétés non triviales. De plus, les bulles interagissent entre elles par l'émission d'un champ secondaire, menant à leur auto-organisation sur un motif périodique. Ici, les bulles sont confinées dans des microcanaux, elles ne sont pas sphériques et frottent fortement sur les parois. L'étude expérimentale des forces acoustiques (primaire et secondaire) est alors précédée par la modélisation de l'écoulement des bulles, liant la friction sur les parois aux forces externes appliquées. Plusieurs applications aux laboratoires sur puce sont développées, dont le tri en taille, la division asymétrique contrôlée, l'aiguillage automatique à une bifurcation, et la manipulation de goutte.

Cet ouvrage met en évidence les transformations radicales qu'ont subi les marchés fonciers et immobiliers sous l'effet de l'internationalistion de la finance de marché. Plus précisément, il montre comment la financiarisation de l'immobilier tend à rendre les marchés immobiliers plus spéculatifs et plus instables. Les économistes demeurent pour l'essentiel à distance de ce champ,car les dynamiques des marchés fonciers et immobiliers ne se conforment pas aux canons de la théorie néoclassique. Une solide connaissance des filières d'aménagement et des dispositifs institutionnels encadrant la production urbaine s'impose pour aborder les phénomènes de "cycles" et de "bulles spéculatives" à l'oeuvre sur les marchés fonciers et immobiliers. Adoptant une démarche pluridisciplinaire, l'auteur combine les outils conceptuels de l'économie immobilière et l'observation de terrain du géographe, tout particulièrement en Asie (Japon notamment) où les prix fonciers atteignent les plafonds mondiaux. Cette démarche met la théorie à l'épreuve des faits, montrant les dangers de politiques foncières basées sur l'approche néoclassique.

The present work was devoted to the experimental study of the multiphase flow around inclusions in both Newtonian and non-Newtonian media at respectively microscopic and mesoscopic scales, by means of the Particle Image Velocimetry (both PIV and µ-PIV) and fast camera visualization. Bubbles and drops were experimentally studied starting from their formation, the rising and up to their coalescence and fragmentation. Bubble formation in micro-mixers was also investigated and characterized by measuring the liquid velocity fields. Different parameters, such as the shear rate, the geometry of the micro-mixer, the flow rates or the physical properties were tested to develop correlations of power-law kind. The deformation of a liquid-liquid interface due to the passage of an inclusion was investigated by original experiments in order to observe and describe the dynamics of the phenomenon, to define the reliable dimensionless numbers and also to highlight several interfacial instabilities. The Weissenberg effect was also studied at different scales in various non-Newtonian fluids in comparison with Newtonian fluids to understand the amplification phenomena under the combining effects of instability and normal forces. Finally, the flow around an isolated solid inclusion was characterized by performing the measurements of velocity fields in viscoelastic and shear-thinning fluids. These results were used to confirm the viscoelastic origin of the negative wake behind the solid sphere and to model its characteristics; Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des écoulements diphasiques et triphasiques d'inclusions (bulles, gouttes, sphères) en milieux tant newtoniens que non newtoniens à l'échelle microscopique et mésoscopique, en utilisant la visualisation par une caméra rapide, la vélocimétrie par images des particules (PIV) ainsi que la micro-vélocimétrie par images des particules. Des bulles et des gouttes ont été étudiées expérimentalement depuis leur formation, en passant par leur déformation jusqu'à leur coalescence. La formation de bulles dans des micro-mélangeurs a été étudiée et caractérisée par l'obtention de champs de vitesses. Différents paramètres, tels que le cisaillement, la géométrie de la zone de formation, les débits ou encore les propriétés physiques ont été testés afin de développer des lois d'échelles. La traversée d'une interface liquide-liquide par une inclusion a été abordée par des expériences originales, permettant de décrire la dynamique du phénomène, de définir des nombres adimensionnels et de mettre en évidence des instabilités interfaciales. L'effet Weissenberg a également été étudié aux différentes échelles afin de comprendre les phénomènes conduisant à son amplification. Enfin, en milieu viscoélastique et rhéofluidifiant, nous avons caractérisé l'écoulement autour d'une inclusion isolée solide par l'obtention de champs de vitesses. Ces résultats ont permis de confirmer l'origine viscoélastique du sillage négatif et de prédire ses caractéristiques

The present work was devoted to the experimental study of the multiphase flow around inclusions in both Newtonian and non-Newtonian media at respectively microscopic and mesoscopic scales, by means of the Particle Image Velocimetry (both PIV and µ-PIV) and fast camera visualization. Bubbles and drops were experimentally studied starting from their formation, the rising and up to their coalescence and fragmentation. Bubble formation in micro-mixers was also investigated and characterized by measuring the liquid velocity fields. Different parameters, such as the shear rate, the geometry of the micro-mixer, the flow rates or the physical properties were tested to develop correlations of power-law kind. The deformation of a liquid-liquid interface due to the passage of an inclusion was investigated by original experiments in order to observe and describe the dynamics of the phenomenon, to define the reliable dimensionless numbers and also to highlight several interfacial instabilities. The Weissenberg effect was also studied at different scales in various non-Newtonian fluids in comparison with Newtonian fluids to understand the amplification phenomena under the combining effects of instability and normal forces. Finally, the flow around an isolated solid inclusion was characterized by performing the measurements of velocity fields in viscoelastic and shear-thinning fluids. These results were used to confirm the viscoelastic origin of the negative wake behind the solid sphere and to model its characteristics, Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des écoulements diphasiques et triphasiques d'inclusions (bulles, gouttes, sphères) en milieux tant newtoniens que non newtoniens à l'échelle microscopique et mésoscopique, en utilisant la visualisation par une caméra rapide, la vélocimétrie par images des particules (PIV) ainsi que la micro-vélocimétrie par images des particules. Des bulles et des gouttes ont été étudiées expérimentalement depuis leur formation, en passant par leur déformation jusqu'à leur coalescence. La formation de bulles dans des micro-mélangeurs a été étudiée et caractérisée par l'obtention de champs de vitesses. Différents paramètres, tels que le cisaillement, la géométrie de la zone de formation, les débits ou encore les propriétés physiques ont été testés afin de développer des lois d'échelles. La traversée d'une interface liquide-liquide par une inclusion a été abordée par des expériences originales, permettant de décrire la dynamique du phénomène, de définir des nombres adimensionnels et de mettre en évidence des instabilités interfaciales. L'effet Weissenberg a également été étudié aux différentes échelles afin de comprendre les phénomènes conduisant à son amplification. Enfin, en milieu viscoélastique et rhéofluidifiant, nous avons caractérisé l'écoulement autour d'une inclusion isolée solide par l'obtention de champs de vitesses. Ces résultats ont permis de confirmer l'origine viscoélastique du sillage négatif et de prédire ses caractéristiques

This document illustrates the integration of the Marcel bubble structuration into the GNU OpenMP compiler, to express affinity relations between OpenMP teammates, and introduces Affinity, an OpenMP-dedicated bubble scheduler, made to distribute these bubbles over hierarchical architectures, favouring affinity relations.

Diplôme : Dr. d'Université; The champagne bubble collar is a piece of its hallmark that champagne makers would like to control. Previous data suggested that there was a relation between the occurrence of an adsorption layer at the air / champagne interface and the stability of the bubble collar. Such a relation is confirmed in the case of experimental champagnes with a controlled concentration of macromolecules but not in the case of commercial products. Considering the standpoint of physics that foams are systems structured at several scales, we have developed a “multi-scale” approach (macromolecules, adsorption layers, liquid films of bubbles, collar) to evidence the effects of viticulture and of oenology on the stability of the collar organization at these scales. This approach was conduced, as far as possible, in the conditions of champagne service and implied the development of original methods for the characterization of the champagne macromolecules, of the adsorption layer, of the bubble stability and of the collar extend. It was observed that some experimental factors stabilize the bubbles and the collar, while some destabilizing factors seem to occur in commercial champagnes. The adsorption properties of model macromolecules have been analysed by ellipsometry and by Brewster angle microscopy to standardize the measurements performed on champagnes. It can be stated that the chemical structure of the macromolecules, as well as the solvent conditions determine the morphology of the two-dimensional domains formed in the adsorption layer.; La collerette du champagne est un des éléments de son image de marque que la profession voudrait pouvoir maîtriser. Des données antérieures suggéraient une relation entre la présence d’une couche d’adsorption à l’interface champagne / air et la stabilité de la collerette. Cette relation est vérifiée dans le cas de champagnes expérimentaux à teneur contrôlée en macromolécules mais pas dans le cas de produits commerciaux. Partant du constat de la physique que les mousses sont des systèmes structurés à différentes échelles, nous avons développé une approche « multi-échelle » (macromolécules amphiphiles, couche d’adsorption, film liquide des bulles, collerette) pour mettre en évidence les effets de facteurs viti-vinicoles sur la stabilité de l’organisation de la collerette à ces échelles. Cette approche effectuée, dans la mesure du possible dans les conditions de la consommation du champagne a impliqué la mise au point de méthodes originales de caractérisation des macromolécules, de la couche d’adsorption, de la stabilité des bulles et de l’étendue de la collerette. Nous avons observé que certains facteurs expérimentaux stabilisent les bulles et la collerette, alors que des facteurs déstabilisant semblent exister dans les produits commerciaux. Les propriétés d’adsorption de macromolécules modèles ont été analysées par ellipsométrie et en microscopie à l’angle de Brewster pour étalonner les observations effectuées sur les vins. Il en ressort que la nature des molécules comme les conditions de solvant déterminent la morphologie des domaines bidimensionnels formés dans la couche d’adsorption.

Thesis also available in english athttp://perso.orange.fr/en-vrac/These; This experimental study concerns the generation of electron beams with original properties. These electrons beams originate from the interaction of an ultra-intense and short laser pulse with a gas jet. Previously, these electron beams had a large divergence and a broad spectrum. A major improvement in this field was achieved when an electron beam with low divergence (10 mrad) and a peaked spectrum (170 MeV) was observed during this thesis, using a new single shot electron spectrometer. A parametric study of the interaction allowed to observe the evolution of the electron beam.Experiments have been carried out to deepen the characterization of the electron beam. The observation of transition radiation generated by the electrons at an interface shows that the electron beam interacts with the laser pulse during the acceleration. Radial oscillations of the electron beam around the laser axis, named betatron oscillations, were also observed on the electron spectra.Such a quasi-monoenergetic spectrum is essential for many applications. In order to justify the interest of this electron beam, several applications are presented : a submillimetric gamma-ray radiography of dense objects, a dose profile of the electron beam comparable to present capabilities of photon sources for radiotherapy, a very short temporal profile useful for water radiolysis and the generation of a bright X-ray source with low divergence.; Cette étude expérimentale concerne la généation de faisceaux d'électrons aux propriétés inédites. Ces faisceaux d'électrons sont issus de l'interaction d'une impulsion laser ultra-intense et brêve avec un jet de gaz. Jusqu'à récemment, les faisceaux d'électrons ainsi produits avaient une divergence importante et un spectre très large. Un tournant important de cette discipline a été franchi lorsqu'un faisceau d'électrons faiblement divergent (10 mrad) et, par dessus tout, dont le spectre est piqué à haute énergie (170 MeV) a été observé durant cette thèse, en utilisant un nouveau spectromètre monotir à électrons. Une étude paramétrique de l'interaction a permis de suivre l'évolution des propriétés du faisceau d'électrons.Des expériences ont ensuite été menées pour approfondir la caractérisation de ce faisceau. L'observation du spectre de rayonnement de transition généré par les électrons à une interface montre que le faisceau d'électrons interagit avec l'impulsion laser pendant l'accélération. Des oscillations radiales du faisceau d'électrons autour de l'axe laser, qualifiées d'oscillations bétatroniques, ont aussi été visualisées sur les spectres électroniques.Un tel spectre quasi-monoénergétique est essentiel pour de nombreuses applications. Afin de justifier l'intérêt d'un tel faisceau, plusieurs expériences d'applications sont présentées : la radiographie gamma submillimétrique d'objets denses, un profil de dose du faisceau d'électron comparable aux performances actuelles des sources de photons pour la radiothérapie, un profil temporel très bref utile en radiolyse de l'eau et la génération d'une source de rayons X faiblement divergente.

This experimental study concerns the generation of electron beams with original properties. These electrons beams originate from the interaction of an ultra-intense and short laser pulse with a gas jet. Previously, these electron beams had a large divergence and a broad spectrum. A major improvement in this field was achieved when an electron beam with low divergence (10 mrad) and a peaked spectrum (170 MeV) was observed during this thesis, using a new single shot electron spectrometer. A parametric study of the interaction allowed to observe the evolution of the electron beam.Experiments have been carried out to deepen the characterization of the electron beam. The observation of transition radiation generated by the electrons at an interface shows that the electron beam interacts with the laser pulse during the acceleration. Radial oscillations of the electron beam around the laser axis, named betatron oscillations, were also observed on the electron spectra.Such a quasi-monoenergetic spectrum is essential for many applications. In order to justify the interest of this electron beam, several applications are presented : a submillimetric gamma-ray radiography of dense objects, a dose profile of the electron beam comparable to present capabilities of photon sources for radiotherapy, a very short temporal profile useful for water radiolysis and the generation of a bright X-ray source with low divergence., Cette étude expérimentale concerne la généation de faisceaux d'électrons aux propriétés inédites. Ces faisceaux d'électrons sont issus de l'interaction d'une impulsion laser ultra-intense et brêve avec un jet de gaz. Jusqu'à récemment, les faisceaux d'électrons ainsi produits avaient une divergence importante et un spectre très large. Un tournant important de cette discipline a été franchi lorsqu'un faisceau d'électrons faiblement divergent (10 mrad) et, par dessus tout, dont le spectre est piqué à haute énergie (170 MeV) a été observé durant cette thèse, en utilisant un nouveau spectromètre monotir à électrons. Une étude paramétrique de l'interaction a permis de suivre l'évolution des propriétés du faisceau d'électrons.Des expériences ont ensuite été menées pour approfondir la caractérisation de ce faisceau. L'observation du spectre de rayonnement de transition généré par les électrons à une interface montre que le faisceau d'électrons interagit avec l'impulsion laser pendant l'accélération. Des oscillations radiales du faisceau d'électrons autour de l'axe laser, qualifiées d'oscillations bétatroniques, ont aussi été visualisées sur les spectres électroniques.Un tel spectre quasi-monoénergétique est essentiel pour de nombreuses applications. Afin de justifier l'intérêt d'un tel faisceau, plusieurs expériences d'applications sont présentées : la radiographie gamma submillimétrique d'objets denses, un profil de dose du faisceau d'électron comparable aux performances actuelles des sources de photons pour la radiothérapie, un profil temporel très bref utile en radiolyse de l'eau et la génération d'une source de rayons X faiblement divergente.

Free-standing liquid crystal (8CB) smectic-A films are very stable due to the elasticity of the lamellar structure and can support the capillary pressure imposed by the meniscus bordering the film. This meniscus acts as a reservoir that supplies material to the film. The subject of this thesis is to study the dynamics and the associated dissipative processes that occur in smectic films. Particular attention isfocused on the finite permeability of the meniscus.We find that when the exchange of matter between the film and the meniscus is slow, the dissipative behavior is controlled by the permeation flows around edge dislocations within the meniscus. Our hydrodynamic model shows that the dissipation takes place at the entrance of the meniscus, where the smectic layers are well-oriented, and it strongly depends on the film thickness. Complimentary experiments on the growth dynamics of dislocationloops observed in thin films, and the pressure equilibration of two menisci connected by thick films, have both confirmed experimentally this model.Bubble collapse dynamics have allowed us to characterize the dissipation for faster flow regimes. Our experiments have showed that after a first step, wherein the lamellar structure of the meniscus is destroyed, there is an increase in the meniscus permeability. This increase leads to bubble collapse during which matter penetrates into the meniscus with shear thining behavior. We also observe that the nucleation and growth of thick-film islands, within thin films, tend to make the dynamic processes less dissipative., Les films librement suspendus de cristal liquide 8CB en phase smectique A sont très stables du fait de leur structure lamellaire. En effet, l'élasticité des couches compense la pression capillaire imposée par le ménisque qui le borde et qui joue le rôle de réservoir de matière. Lors de ce travail, nous nous sommes intéressés à la dynamique de ces films. Nous avons mis en évidence que le ménisque se comportecomme un réservoir dissipatif.En régime quasi-statique, lorsque les échanges de matière entre le film et le ménisque sont lents, les écoulements de perméation autour des dislocations coin qui le composent sont à l'origine de sa perméabilité finie. Un modèle hydrodynamique montre que la dissipation est localisée à son entrée, dans la zone bien orientée et qu'elle dépend fortement de l'épaisseur du film. Dans les films fins, le ralentissement des boucles de dislocation et dans les films épais, la dynamique de relaxation de deux ménisques reliés par un même film ont permis de confirmer expérimentalement ce modèle.La dynamique d'effondrement d'une bulle a permis de caractériser la dissipation dans des régimes d'écoulements plus rapides en mettant en évidence un écart à la loi de Laplace (statique). Les expériences montrent qu'après une étape conduisant à la déstructuration du ménisque, ce qui le rend plus perméable, la bulle peut s'effondrer, la matière s'engouffrant dans le ménisque avec un comportement rhéofluidifiant. De plus, la nucléation et la croissance d'îlots peut rendre le processus moins dissipatif, ce qui est essentiellement observé dans les films fins.

Ce document est en cours de publication aux éditions universitaires européennes. Il a également fait l'objet d'une publication profondément remaniée et mise à jour en juin 2008, après l'éclatement de la crise des subprime mortgage. Référence: Natacha Aveline-Dubach, Immobilier - la mondialisation, l'Asie, la bulle, Paris, cnrseditions, 2008, 304 p.; Ce mémoire met en évidence les transformations radicales qu'ont subi les marchés fonciers et immobiliers au cours de ces deux dernières décennies, sous l'effet de l'internationalisation de la finance de marché. Plus précisément, il montre comment la convergence entre finance et immobilier, un processus nommé « financiarisation de l'immobilier », tend à rendre les marchés immobiliers plus spéculatifs et plus instables. Les économistes demeurent pour l'essentiel à distance de ce champ, car les dynamiques des marchés fonciers et immobiliers ne se conforment pas aux canons de la théorie néoclassique. Une solide connaissance des filières d'aménagement et des dispositifs institutionnels encadrant la production urbaine s'impose pour aborder les phénomènes de «cycles» et de «bulles spéculatives» à l'oeuvre sur les marchés fonciers et immobiliers. Adoptant une démarche pluridisciplinaire, l'auteur combine les outils conceptuels de l'économie immobilière et l'observation de terrain du géographe, tout particulièrement en Asie (Japon notamment) où les prix fonciers atteignent les plafonds mondiaux. Cette démarche met la théorie à l'épreuve des faits, montrant les dangers de politiques foncières basées sur l'approche néoclassique.

L'article présente les origines de la crise financière qui s'est déclarée en Thaïlande en 1997. Il insiste particulièrement sur l'importance de la bulle spéculative immobilière et sur le rôle de la libéralisation des flux financiers.

Because the aeration system in an activated sludge plant typically represents a large part of total energy requirements, designers and operators need accurate oxygen transfer information to make the aeration system as energy efficient as possible. This paper presents clean water tests performed at 38 wastewater treatment plants. The Specific Aeration Efficiency results (SAE, kgO2/kWh) are reported for: (1) large open channels (volume higher than 1000 m3), (2) small open channels, (3) total floor coverage cylindrical tanks, and (4) cylindrical tanks with grid arrangement. Some practical guidelines can be drawn, some of them being: (1) high SAE can be achieved at small aeration tanks (, L'aération représentant la part la plus importante de la dépense énergétique d'une station d'épuration à boues activées, les concepteurs et exploitants de station ont besoin d'éléments pertinents pour optimiser le transfert d'oxygène. Cette publication présente l'analyse de 38 mesures d'oxygénation en eau claire réalisées sur sites équipés de systèmes de diffusion d'air par fines bulles. Les apports spécifiques bruts de ces systèmes (ASB) sont présentés pour : i)des grands chenaux (volume supérieur à 1 000 m3), ii) des petits chenaux (volume inférieur à 1 000 m3), iii) des bassins cylindriques dont le fond est entièrement tapissé de diffuseurs (couverture plancher) et enfin iv) des bassins cylindriques où les diffuseurs sont groupés en raquettes sur une partie seulement du fond. Plusieurs recommandations pratiques peuvent être avancées dont les principales sont : 1) dans les bassins cylindriques, une couverture plancher avec un débit d'air par diffuseur modéré et fourni au moyen d'un surpresseur volumétrique permet d'obtenir de forts ASB, 2) le coût élevé d'investissement de cette configuration se justifie au regard des moins bonnes performances de transfert des configurations raquettes moins chères en investissement, enfin 3) les petits chenaux obtiennent des résultats d'A.S.B. satisfaisants mais n'atteignent pas les performances des bassins cylindriques en couverture plancher dans une gamme de volume équivalente.

Insulating liquids represent a weakness in high voltage devices in that their failure to maintain a high applied voltage between component électrodes generally means the breakdown. Much research has gone into attempting to explain the fundamental processes (electronic and hydrodynamic processes) behind this. The clarification of thèse mechanisms, especially the hydrodynamic processes is one of the main tasks of our work, We présent an expérimental study about the évolution of the hydrodynamic phenomena (bubble and shock wave) as a function of injected energy (0,01-lOOnJ), liquid pressure in a large range, from 0.1 to lOMPa, liquid properties, etc. At first, we hâve evidenced the existence of the bubble largely above the critical pressure of the liquids. For the purpose of making the mechanism of cavitation clear the chronology of the events was also discussed. The observed physical phenomena are similar to those obtained by laser induced breakdown in water. The différence is mainly revealed in the dimensions and characteristic times of the phenomena. An analysis of the bubble rebounds and dissipatives processes is also given. Moreover, our expérimental study of the bubble dynamics in viscous liquids allows us to clearly separate two différent hydrodynamic régimes namely inertial and viscous régimes. We hâve shown that viscosity plays an important rôle in putting a lower limit on the size of cavitating bubbles and is the prédominant damping factor for small bubbles. In conséquence, bubble lifetime is much higher than the Rayleigh time and rebounds of the bubble are practically undetectable. Numerical results of the Rayleigh-Plesset model are in good agreement with expérimental observations, Les liquides isolants représentent une faiblesse des dispositifs haute tension, car leur incapacité à maintenir une tension appliquée élevée entre les électrodes des composants signifie généralement une panne. De nombreuses recherches ont été consacrées à expliquer les processus fondamentaux (processus électroniques et hydrodynamiques) à l’origine de ce phénomène. La clarification de ces mécanismes, en particulier des processus hydrodynamiques, est l’une des tâches principales de notre travail. Nous présentons une étude expérimentale sur l’évolution des phénomènes hydrodynamiques (bulle et onde de choc) en fonction de l’énergie injectée (0,01 à 100 nm). ), la pression du liquide dans une large gamme, allant de 0,1 à lOMPa, ses propriétés, etc. Nous avons d’abord mis en évidence l’existence de la bulle bien au-dessus de la pression critique des liquides. Afin de clarifier le mécanisme de cavitation, la chronologie des événements a également été discutée. Les phénomènes physiques observés sont similaires à ceux obtenus par la décomposition en eau induite par laser. La différence est principalement révélée par les dimensions et les moments caractéristiques des phénomènes. Une analyse des processus de rebond de bulle et de dissipation est également présentée. De plus, notre étude expérimentale de la dynamique des bulles dans les liquides visqueux nous permet de séparer clairement deux régimes hydrodynamiques différents, à savoir les régimes inertiel et visqueux. Nous avons montré que la viscosité joue un rôle important en limitant la taille des bulles cavitantes et constitue le facteur d’amortissement prédominant pour les petites bulles. En conséquence, la durée de vie de la bulle est beaucoup plus longue que celle de Rayleigh et les rebonds de la bulle sont pratiquement indétectables. Les résultats numériques du modèle de Rayleigh-Plesset sont en bon accord avec les observations expérimentales

A mathematical and numerical model is presented for the prediction of the coherent and incoherent acoustic reflexion coefficients for bubble layers in a liquid medium, excited by a harmonic pressure farfield. The layer is plane infinite, and looks like a random stratified system, where bubble position and size obey a statistical distribution, that depends on immersion only. The bubbles are assumed to be spherical at rest. No hypothesis is made about the layer's thickness, neither on the process of bubbles interaction and scattering. All linear bubble deformations and multiple scattering are considered, as well as thermal conduction in the bubbles. The geometrical configuration leads us to use a mathematical transformation of the acoustic integral equation, that «delocalizes» the observation in a plane parallel to the layer and introduces natural collective contributions of bubbles at each immersion, without any physical approximation. After this transformation, coherent and incoherent acoustic pressure are obtained in the form of an integral equation over the thickness of the layer. We present the general model, the mathematical formulation and numerical results. We show the link between our results and Foldy's formalism, when only monopolar diffusion is considered

On etablit le systeme d'equations differentielles du second ordre qui gouverne le deplacement de domaines magnetiques cylindriques de section circulaire dans un gradient de champ magnetique de forme quelconque. On donne une verification experimentale des calculs dans le cas d'une bulle de 70 µ de diametre deplacee par un conducteur electrique. L'analyse des conditions de transfert d'une bulle par un conducteur montre que le deplacement par courants bipolaires est impossible. On trouve que le temps de transfert est inversement proportionnel au courant de commande et que la largeur optimum d'un conducteur est de une a deux fois le diametre des bulles. D'autres effets plus faibles sont mis en evidence, tels que l'action du champ de polarisation sur le temps de transfert et la position d'equilibre et l'influence du courant de commande sur le rayon et la position d'equilibre.

Stationary bubble driven on its resonant frequency radiates a highly non linear wave. The paper describes an experimental device which includes two lick-in amplifiers. This allows to measure simultaneously the amplitude and the phase of the pressure radiated by the bubble. The present results are basic checks: proportionality between the amplitude of the first harmonic of the radiated pressure and the exciting amplitude; proportionality between the amplitude of the second harmonic of the radiated pressure and the square of the exciting amplitude; amplitude of the two first harmonics related to the distance between the bubble and the receiving transducer. Bubbles under study present a radius about 130 μm, consequently the frequency of the exciting wave is about 25 kHz Des bulles stationnaires, excitees a leur frequence de resonance par une onde ultrasonore, rayonnent une onde fortement non lineaire. On decrit ici une methode experimentale basee sur le principe de la detection synchrone qui permet la mesure simultanee de l'amplitude et de la phase de la pression rayonnee par la bulle