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The Antarctic ice sheet is the largest ice mass on Earth. This ice sheet is subject to instabilities generated by ongoing climate change. This thesis is part of the European H2020 project TiPACCs (Tipping Points in Antarctic Climate Components). The overall objective is to assess the likelihood of large and abrupt changes in the near-future of the Antarctic ice sheet contribution to sea level, caused by Antarctic ice sheet tipping points. We need to determine the stability regime of the Antarctic ice sheet grounding lines and the existence of tipping points. We address the question of whether Antarctic grounding lines are currently undergoing irreversible retreat through instabilities such as marine ice sheet instability (MISI). Theoretical and numerical work has firmly established that marine-type ice sheet grounding lines can enter irreversible advance and retreat phases driven by MISI. Examples of such irreversible retreat have been found in several simulations of the past and future evolution of the Antarctic ice sheet.To this end, we conduct a systematic analysis of the numerical stability of all Antarctic cap grounding lines in their present position using the Elmer/Ice ice flow model. Before perturbation experiments can be performed, an appropriate reference state is obtained in continuation of the recent model intercomparison experiment focused on ice sheet initialization for the Antarctic ice sheet, InitMIP-Antarctica (Seroussi et al., 2019). The inversion initialization methodology is used to ensure that the model reproduces the current surface flux for current ice thicknesses. In a second step, a study based on perturbation experiments is conducted to identify the stability regime of the Antarctic cap grounding lines in their current configurations. Stability is tested by applying a small but numerically significant melt disturbance below the floating platforms. We systematically show that ice sheet states can be obtained from grounding lines, ice geometry, and ice flow in close agreement with observations for the entire Antarctic ice sheet, including Pine Island and Thwaites glaciers. This implies that the suggestion that the retreat of the Antarctic grounding line has already initiated the MISI cannot be confirmed. Rather, it indicates that the grounding line retreat currently observed in Antarctica is a "forced retreat", meaning that it is driven by external forcing rather than the instability mechanism at this time. In other words, if the currently observed flux imbalance were to be removed, the retreat of the grounding line would likely stop. However, with the progression of global warming, this is unlikely to happen. In fact, further retreat of the grounding line is expected under current and projected climate conditions.; La calotte Antarctique représente la masse de glace la plus importante sur Terre. Cette calotte est sujette aux instabilités engendrées par les changements climatiques en cours. Cette thèse fait partie du projet européen H2020 TiPACCs (Points de basculement dans les composantes climatiques Antarctiques). L'objectif général est d'évaluer la probabilité de changements importants et abrupts dans le futur proche de la contribution de la calotte glaciaire Antarctique au niveau de la mer, causé par les points de basculement de la calotte glaciaire Antarctique. Nous devons de déterminer le régime de stabilité des lignes d'ancrage de la calotte glaciaire Antarctique et l'existence de points de basculement. Nous abordons la question de savoir si les lignes d'échouage Antarctiques subissent actuellement un recul irréversible à travers des instabilités telle que le MISI. Des travaux théoriques et numériques ont fermement établi que les lignes d'échouage des calottes glaciaires de type marin peuvent entrer dans des phases d'avance et de recul irréversibles entraînées par l'instabilité de la calotte glaciaire marine (MISI). Des exemples d'un tel retrait irréversible ont été trouvés dans plusieurs simulations de l'évolution passée et future de la calotte Antarctique.Dans ce but, nous menons, à l'aide du modèle d'écoulement glaciaire Elmer/Ice, une analyse systématique de la stabilité numérique de toutes les lignes d'échouage de la calotte Antarctique dans leur position actuelle. Avant que des expériences de perturbation ne puissent être effectuées, un état de référence approprié est obtenu dans la continuité de la récente expérience d'inter-comparaison de modèles centrée sur l'initialisation de la calotte glaciaire pour la calotte glaciaire Antarctique, InitMIP-Antarctica (Seroussi et al., 2019).. La méthodologie d'initialisation par inversion est utilisée pour s'assurer que le modèle reproduit le flux de surface actuel pour les épaisseurs de glace actuelles. Dans un deuxième temps, une étude basée sur des expériences de perturbations est menée dans le but d'identifier le régime de stabilité des lignes d'échouage de la calotte Antarctique dans leurs configurations actuelles. La stabilité est testée en appliquant une perturbation faible de la fonte au-dessous des plateformes flottantes, mais significatives du point de vue numérique. Nous montrons systématiquement que des états stables de la calotte glaciaire peuvent être obtenus à partir des lignes d'échouages, d'une géométrie de la glace et d'un écoulement de glace en accord étroit avec les observations pour l'ensemble de la calotte glaciaire de l'Antarctique, y compris les glaciers Pine Island et Thwaites. Cela implique que la suggestion selon laquelle le retrait de la ligne d'échouage en Antarctique a déjà initié le MISI ne peut pas être confirmée. En fait, cela indique plutôt que le retrait de la ligne d'échouage actuellement observé en Antarctique est un "retrait forcé", ce qui signifie qu'il est entraîné par un forçage externe plutôt que par le mécanisme d'instabilité pour le moment. En d'autres termes, si le déséquilibre des flux actuellement observé devait être supprimé, le recul de la ligne d'échouage s'arrêterait probablement. Cependant, avec la progression du réchauffement climatique, il est peu probable que cela se produise. En fait, un recul supplémentaire de la ligne d'échouage est attendu dans les conditions climatiques actuelles et simulées.

L'évolution actuelle des villes nécessite des quantités d'énergie grandissantes et les enjeux écologiques actuels, soutenus par les réglementations thermiques qui régissent les constructions poussent au développement d'énergies propres et renouvelables. C'est dans ce contexte que se développent les fondations géothermiques depuis les années 80. Il s'agit d'une solution de géothermie de basse énergie où des tubes en polyéthylène sont fixés aux cages d'armature de fondations telles que des pieux. Un fluide calorifique circule alors dans ces tubes du sol jusqu'au bâtiment en passant par une pompe à chaleur inversible pour puiser la chaleur du sol afin de chauffer le bâtiment en hiver et vice-versa en été. On confère donc un rôle énergétique d'échange de chaleur aux fondations qui n'avaient jusqu'alors qu'un rôle mécanique de stabilité. En comparaison d'autres solutions de géothermie, cette technique présente l'avantage de pouvoir être installée en temps masqué (donc réduire le temps de chantier) et sans forage supplémentaire (donc réduire les émissions de CO2). Enfin, il s'agit d'une source d'énergie renouvelable, non intermittente et que l'on peut aisément coupler avec des apports photovoltaïques ou éoliens puisque reposant sur le fonctionnement d'une pompe à chaleur. L'injection ou le prélèvement de chaleur dans le sol génère une modification de la température qui se déplace dans ce milieu poreux, saturé ou non. Très fréquemment, un écoulement d'eau souterrain dans une ou plusieurs épaisseurs du sol impacte fortement le déplacement de cette anomalie thermique et peut générer des interactions positives ou négatives entre les fondations d'un bâtiment. Une modélisation physique en semi-vraie grandeur a été réalisée dans SenseCity, une chambre à climat contrôlable pouvant recouvrir deux espaces de 400m². Sur chacun de ces espaces, est construite une portion de territoire, appelée Mini-Ville et l'un d'eux est équipé d'une fosse géothermique au sein de laquelle un écoulement peut être imposé. Un groupe de neuf pieux géothermiques y a été réalisé et instrumenté à l'aide de fibre optique. Une modélisation numérique thermo-hydraulique a été effectuée par éléments finis et confrontée aux résultats expérimentaux précédents. Le couplage de ce modèle numérique à un programme simulant la demande de puissance d'une pompe à chaleur a ensuite permis de déterminer les puissances extractibles par ce groupe de pieux géothermiques. L'influence des caractéristiques de l'écoulement souterrain sur le coefficient de performance de la pompe à chaleur a également été étudiée.

Dans ce célèbre article initialement paru en 1996 et présenté ici en version française, Steven Feld introduit le concept d’« acoustémologie », ou connaissance par le son. Après avoir montré en quoi la recherche sur l’expérience acoustique et l’expression du lieu est demeurée relativement peu développée, l’auteur présente le monde sonore kaluli. Il propose ensuite deux parties ethnographiques portant sur l’acoustémologie de l’écoulement. La première traite des pratiques de dénomination kaluli, afin de montrer comment le caractère inséparable des eaux et des terres de la forêt tropicale est expérimenté et imaginé comme le flot de la voix à travers les contours du corps. Ce trope de l’écoulement est alors étudié tel qu’il apparaît dans des textes poétiques de chants, dans lesquels le fait de chanter une séquence de noms de lieux emmène les auditeurs dans un voyage qui s’écoule le long des cours d’eau et à travers les terres locales. L’écoulement de ces sentiers poétiques chantés est lié émotionnellement et physiquement au flot sensuel de la voix chantante. La mise en lien de ces sentiers qui s’écoulent révèle une acoustémologie kaluli des relations aux lieux, une fusion de l’espace et du temps qui assemble les vies et les événements en tant que souvenirs incorporés. Les pouvoirs évocateurs de cette acoustémologie atteignent un sommet esthétique dans la performance poétique, là où le flot expressif de la voix fusionne avec l’écoulement vécu des noms de lieux chantés, afin de créer des chants en cascade, un sens de la résonance du lieu. In this study, Steven Feld investigates the sense of place of Kaluli people in Bosavi, Papua New Guinea. Because sound and an ear and voice centered sensorium are central to Kaluli experience and expression in the tropical rainforest, the goal of this exploration is to interpret what Feld calls an acoustemology, by which he means local conditions of acoustic sensation, knowledge, and imagination embodied in the culturally particular sense of place resounding in Bosavi. The chapter opens with brief notes on sensation, sound, synesthesia, and soundscapes that provide context for the general framework of the inquiry. He outlines ways in which research on acoustic experience and expression of place has remained relatively underdeveloped and then introduces the sound world of the Kaluli. Next, he offers two ethnographic sections on the acoustemology of flow. The first treats Kaluli naming practices to show how the inseparability of rainforest waters and lands is encountered and imagined to be like the flow of voice through the body’s contours. This trope of flow is then examined as it appears in poetic song texts, where singing a sequence of named places takes listeners on a journey that flows along local waterways and through local lands. The flow of these poetic song paths is emotionally and physically linked to the sensual flow of the singing voice. Connecting these flowing paths reveals a Kaluli acoustemology of place relations, a fusion of space and time that joins lives and events as embodied memories. The evocative powers of this acoustemology reach an aesthetic apex in poetic performance, where the expressive flow of the voice merges with the experiential flow of sung placenames to create waterfalls of song, a sense of place resounding.

L’objectif de cette étude est de comparer les régimes des écoulements de surface dans les hydrosystèmes de l’Alima et la Loufoulakari en République du Congo à partir des analyses des débits et des précipitations. Le contraste morpholithologique influence les écoulements de surface des cours d’eau dans les plateaux Batéké avec un régime régulier et dans le plateau des Cataractes au régime irrégulier.L’approche méthodologique utilisée sur l’analyse de la variabilité des paramètres hydroclimatiques a été effectuée en partant des moyennes mensuelles des précipitations et des débits. Les analyses statistiques montrent que les régimes des précipitations et des débits évoluent au pas de temps saisonnier et interannuel avec des intensités différentes dans ces deux bassins hydrologiques. Les tendances hydroclimatiques dans ces deux bassins hydrologiques sont marquées par des tendances à la hausse et à la baisse des écoulements. L’évolution saisonnière des écoulements de surface dans l’ensemble de ces bassins présente une alternance des périodes excédentaires et déficitaires, et des périodes humides et sèches. La régression linéaire nous a permis de constater qu’il existe une parfaite corrélation entre les débits liquides et les précipitations dans les deux bassins hydrologiques. The objective of this study is to compare the surface flow regimes in the Alima and Loufoulakari hydro systems in the Republic of Congo based on flow and precipitation analyse. The morpholithological contrast influences the surface flows of rivers in the Batéké plateaus with a regular regime and in the Cataract plateau with an irregular regime.The methodological approach used on the analysis of the variability of the hydro-climatic parameters was carried out starting from the monthly averages of precipitations and flows. Statistical analyses show that precipitation and flow regimes change with seasonal and interannual time steps with different intensities in these two hydrological basins.The hydro climatic trends in these two hydrological basins are marked by upward and downward trends in flows. The seasonal evolution of surface flows in all of these basins alternates between surplus and deficit periods, and wet and dry periods. Linear regression showed that there is a perfect correlation between liquid flows and precipitation in the two hydrological basins.

Incompressible and laminar flows of viscoelastic fluids, such as polymer melts and dilute polymer solutions, in straight pipes of non-circular cross-section are characterized by their shear-thinning behaviour by the anisotropy of the second difference of normal stresses leading to the exhibition of secondary flows. These two phenomena lead to a significant enhancement of convective heat transfer compared to the flow of a Newtonian fluid under the same flowing conditions. The incompressible, laminar and time-dependent flow of a viscoelastic fluid is described by the conservation equations of mass, momentum and energy. For highly non-linear fluides, the viscoelastic extra-stress is given by a less or more accurate constitutive models, representative of the actual behavior of the considered viscoelastic fluids. Among of them, we can cote rheological model of Oldroyd-B, the Giesekus model and the Phan-Thien-Tanner model. The system of governing equations obtained is of the mixed type, i.e. parabolo/ellipto/hyperbolic type. This leads to serious numerical difficulties in simulating the flow under such considerations, and needs real challenges to avoid the numerical instabilities, which grow with the Weissenberg number. In this thesis, we propose an original algorithm based on the finite differences method allowing the achievement of double numerical casting in a stable and convergent way preserving the positivity of the conformation tensor in a natural way without any stabilization method. The system of equations composed of the momentum equation and the constitutive equation is first rewritten in a quasi-linear form. Under the checking of the hyperbolicity condition, the pure advection terms resulting from the quasi-linear form are discretized using appropriate high-order schemes of the type WENO(3,5,7,9) and HOUC(3,5,7,9). The incompressibility constraint is satisfied using an incremental projection method based on a semi-implicit BDF2 of second order precision. After validating the accuracy and the degree of convergence of the implemented numerical methods, we present the study of the flow of non-affine viscoelastic fluid in ducts with a square cross section. First, the influence of fluid's elasticity, fluid inertia and the different rheological parameters of the fluid on the primary flow and on the structure and intensity of the secondary flows are studied. Then, we investigated the effect of shear-thinning, the effect of the inertia of secondary flows and the effect of viscous dissipation on the rate of convective heat transfer.; Les écoulements incompressibles et laminaires de fluides viscoélastiques, comme les fluides polymériques et les solutions diluées de polymères, dans des conduites rectilignes de section non-circulaire se distinguent par leur comportement rhéofluidifiant et par l'anisotropie de la seconde différence des contraintes normales conduisant à l'apparition d'écoulements secondaires. Dans les mêmes conditions d'écoulement, ces deux phénomènes entraînent une amélioration significative du transfert thermique convectif comparativement à l'écoulement d'un fluide Newtonien. L'écoulement incompressible, laminaire, anisotherme et dépendant du temps d'un fluide viscoélastique est décrit par les équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie. L'extra-contrainte viscoélastique est donnée par des modèles constitutifs plus ou moins fidèles au comportement rhéologique du fluide viscoélastique considéré, comme le modèle rhéologique d'Oldroyd-B, le modèle de Giesekus et le modèle de Phan-Thien-Tanner. Le système d'équations ainsi obtenu est du type mixte (du type parabolo/ellipto/hyperbolique). Nous proposons dans cette thèse un algorithme original basé sur la méthode des différences finies permettant la réalisation de double coulage numérique d'une manière stable et convergente tout en conservant la positivité du tenseur de conformation sans aucune méthode de stabilisation. Le système d'équations est réécrit sous une forme quasi-linéaire. Sous la vérification de la condition d'hyperbolicité, les termes d'advection pure résultant de la forme quasi-linéaire, traités d'une façon explicite, sont discrétisés en utilisant des schémas appropriés d'ordre élevé du type WENO(3,5,7,9) et HOUC(3,5,7,9). La contrainte d'incompressibilité (couplage pression/vitesse) est satisfaite à l'aide d'une méthode de projection incrémentale basée sur un schéma semi-implicite BDF2. Après avoir procédé à la validation de la précision et de la convergence des méthodes numériques implémentées, nous présentons l'étude de l'écoulement d'un fluide viscoélastique non-affine dans une conduite de section carrée. L'influence de l'élasticité du fluide, de l'inertie du fluide et des différents paramètres rhéologiques sur l’écoulement principal, la structure et l'intensité des écoulements secondaires, ainsi que l'effet de la dissipation visqueuse sur le taux du transfert thermique convectif sont étudiés.

Instability of Saffman-Taylor for yield stress fluids in Hele Shaw cell. Our interest is in the instability of Saffman-Taylor for yield stress fluids in porous medium. One studies here the possible viscous digitation of circular samples moved radially in a Hele Shaw cell (which consists of two plexiglass plates whose spacing between the two is weak in front of other dimensions). This flow is the analogue (two-dimensional) of a flow in a porous medium (Saffman and Taylor, 1958; Homsy, 1987). For a Newtonian fluid one knows that the instability occurs beyond some velocity of the interface. Below this speed the interface remains circular. As expected, by injecting air at controlled flow rate in the center of the cell initially filled with a yield stress fluids, the air-liquid interface moves towards outside. Two modes of flow are however then observed: beyond a critical velocity the air penetrates in the form of fingers through the material; the fluid leaves traces on the walls, indicating that in these zones it is sheared; this first mode resembles the instability of Saffman-Taylor for yield stress fluids (cf Coussot JFM 1999). Below this critical velocity the air region grows bigger regularly but the interface is still unstable, deformations resembling fractures are observed at various points of the interface. Moreover in this second mode the fluid does not leave tracks on the walls, indicating that it slips, except around the points of fracture. This new phenomenon resembles a phenomenon of fracture in a solid material (cf. eg.g. Griffiths analysis). In fact this mode is particular: taking into account the slip to the walls one should obtain an elongation 2D material; the fact that we systematically get such fractures, whatever the speed, suggests that the elongation 2D of a yield street fluids is unstable, Instabilité de Saffman-Taylor pour les fluides à seuil en cellule de Hele Shaw. On s’intéresse ici à l’instabilité de Saffman-Taylor pour les fluides seuils dans des milieux poreux. On étudie ici la digitation visqueuse d’échantillons circulaires déplacés radialement dans une cellule Hele Shaw (cette cellule est constituée de deux plaques en plexiglas dont l’espacement entre les deux est faible devant les autres dimensions). Cet écoulement est l’analogue (bidimensionnel) d’un écoulement dans un milieu poreux (Saffman et Taylor, 1958; Homsy, 1987; De Wit, 2003). Pour un fluide newtonien on sait que l’instabilité se produit au-delà d’une certaine vitesse de déplacement de l’interface. En-dessous de cette vitesse l’interface reste circulaire. Comme attendu, en injectant de l’air à vitesse contrôlée au centre de la cellule initialement remplie d’un fluide à seuil, l’interface air-liquide se déplace vers l’extérieur. On observe cependant alors deux régimes d’écoulement : au-delà d’une vitesse critique l’air pénètre sous forme de doigts à travers le matériau ; le fluide laisse des traces sur les parois, indiquant que dans ces zones il est cisaillé ; ce premier régime ressemble à l’instabilité de Saffman-Taylor pour les fluides à seuil (cf. Coussot JFM 1999). En-dessous de cette vitesse critique la zone d’air grossit régulièrement mais l’interface est encore instable, des « pointes » ressemblant à des fractures sont observées à différents points de l’interface. De plus dans ce second régime le fluide ne laisse pas de traces sur les parois, indiquant qu’il glisse, sauf autour des pointes de fracture. Ce phénomène semble être très inédit dans le domaine des fluides à seuil; cela ressemble à un phénomène de fracture d’un matériau solide (analyse de Griffiths). En fait ce régime est particulier : compte –tenu du glissement aux parois on devrait obtenir une élongation 2D du matériau ; le fait que cela conduise systématiquement à ces fractures, quelle que soit la vitesse, suggère que l’élongation 2D d’un fluide à seuil est instable

Nous construisons un mini-chargeur de particules selon les indications d'un article de la littérature (Han, 2008). Le coeur est un ioniseur formé de fibres de carbone. Ses performances sont comparées à celles de l'article originel. Les résultats sont tout-à-fait compatibles, mais montrent l'intérêt de travailler à la tension relativement basse, ce que ne permet pas notre dispositif. Une étude de l'écoulement de l'air montre qu'il est favorable à un bon fonctionnement., A mini-charger is built according to the specifications of a literature article (Han, 2008). The core is a ionizer made of carbon fibres. The performances are compared to those of the original device, and found to be quite compatible. Our device however requires higher voltage, which is found detrimental. Lastly, a Computational Fluid Dynamics simulation confirms that the particle trajectories are adequate.

Injection molding of thermoplastic parts reinforced by fibers can generate high off-plane deformation at cooling due to non-homogeneous and anisotropic shrinkage. An accurate prediction of the dimensional properties is so necessary for the industry. Currently, simulation codes of injection molding process predict parts final shrinkage with deviations from experimental parts measurements, mainly due to complex physical properties. In order to study the final shrinkage at the end of the process, a specific and instrumented mold with a simple geometry has been developed, establishing a link between simulation results from Moldflow software and orthotropic shrinkage measurements. Experimentally, a fine characterization of the studied material, a polypropylene reinforced by 20% wt. of hemp fibers (NAFILean), allowed the study of its microstructure and its thermo-physical properties. A linear increase of fiber content with respect to flow length was measured (+2%/100 mm) and explains the process-induced variations in the thermomechanical properties of the composite. A very low fiber orientation state was also characterized, which however generates a significant anisotropy in thermomechanical properties and shrinkages, suggesting anisotropic elastic fiber properties. A solidification criterion for numerical simulation was also developed with a better description of the effect of crystallization kinetic on the polymer viscosity. Lastly, full-field in-plane shrinkage measurements were performed with a Digital Image Correlation (DIC) methodology. The use of these shrinkage mappings highlighted the significant improvement of simulation results by the enhancement of the material constitutive equations., L'injection de pièces en thermoplastique renforcé par des fibres peut engendrer, lors du refroidissement, de grandes déformations dues aux retraits non-homogènes et anisotropes du polymère. Une prédiction précise des propriétés dimensionnelles est donc essentielle pour l'industrie. A l’heure actuelle, les codes de simulation du procédé d’injection prédisent un retrait final des pièces présentant des écarts avec les mesures sur pièces réelles, en raison principalement de propriétés physiques complexes. Afin d’étudier le retrait final à l’issue de l’injection, un moule spécifique, instrumenté et de géométrie simple a été développé, permettant d’établir un lien entre la simulation du procédé d’injection sur le code Moldflow et les mesures orthotropes de retraits. D’un point de vue expérimental, une caractérisation fine du matériau d’étude, un polypropylène renforcé à 20% en masse de fibres de chanvre (NAFILean), a permis l’étude de sa microstructure et de ses propriétés thermo-physiques. Une augmentation linéaire de la concentration de fibres le long de l’écoulement a été mesurée (+2%/100 mm) et explique en partie les variations induites par le procédé sur les propriétés thermomécaniques du composite. Un état d’orientation très faible des fibres a été caractérisé, qui génère cependant une anisotropie marquée des propriétés thermomécaniques et des retraits, et suggère des propriétés élastiques anisotropes des fibres. Un critère de solidification à destination de la simulation numérique a également été développé, permettant de mieux appréhender l’effet de la cinétique de cristallisation sur la viscosité du polymère. Enfin, des mesures de champs de retraits ont été effectuées dans le plan d’écoulement à l’aide d’une technique innovante de corrélation d’images (DIC). L’utilisation de ces cartographies de retraits a mis en avant les améliorations significatives des résultats de simulation par l’enrichissement des lois constitutives du matériau.

Le développement quasi exponentiel des MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) dans l'industrie permet d'accroître la densité de composants sur différents supports électroniques et informatiques. L'augmentation résultante des sources de chaleur nécessite alors d'intensifier les transferts thermiques dans le but de refroidir ces composants. Le développement des micro-systèmes tire profit de la technologie MEMS. En effet, à ces échelles miniatures, des procédés de micro-fabrication sont utilisés pour la réalisation des prototypes. Nous avons ainsi conçu un micro-échangeur à base d'assemblages de parois en verre et silicium constituants des canaux de dimensions micrométriques pouvant être traversés par un gaz tel que l'azote, l'argon ou l'hélium. L'objectif de cet article est de déterminer les performances optimales d'un micro-échangeur. Les écoulements en microcanal avec transfert de chaleur sont le siège de transferts thermiques et de pertes de charge fonctions de conditions géométriques (diamètre hydraulique, longueur, surface) et thermofluidiques (masse volumique, viscosité, chaleur spécifique). La disparité dans les résultats obtenus dans la littérature concernant les micro-écoulements en régime permanent est essentiellement due aux effets de raréfaction, de rapport d'aspect du micro-canal et de la rugosité de la paroi. En effet, des études portées sur des micro-échangeurs thermiques montrent que les échanges thermiques sont nettement améliorés contre une augmentation de pertes de charge pour les micro-écoulements. Des études effectuées sur des micro-écoulements d'azote, d'hélium et d'argon montrent qu'en régime laminaire, pour des faibles débits massiques, le coefficient d'échange thermique convectif se trouve réduit par rapport à celui escompté par calculs, ce décalage étant plus notable pour des faibles débits. Il est également souligné l'importance de la conduction axiale dans les parois et sa prépondérance par rapport à celle dans le fluide ce qui favorise le mélange et diminue ainsi l'efficacité du micro-échangeur. Un bilan entropique permettra de distinguer, sous la forme d'un facteur adimensionnel de production d'entropie, la part entre les irréversibilités fluidiques et thermiques en fonction du débit de gaz, du gradient de température entre le gaz et les parois, du coefficient de frottement et du nombre de Reynolds.

This paper is devoted to the investigation of the density sorting of grains using water jigging. Experiments achieved in a laboratory scale water jig for two initial binary bed configurations are studied and compared to numerical results. The vertical composition of the deposit is estimated after different number of water pulses to represent the sorting evolution in time. Simulations are based on a multiscale model in which the fluid is solved at a larger scale than the grain diameter using the finite element method, while the grains are considered as rigid bodies and solved using the nonsmooth contact dynamics. Key parameters are numerically varied and observed to determine the sensitivity of the process.

Mass transfer from particles is encountered in many biomedical applications, such as controlled drug delivery, cell culture, or in designing bioartificial organs. In operating conditions, particles are subjected to various flows, whose effect on solute transport is still not well understood and controlled. In this PhD thesis, we study the effect of the flow on mass transfer from core-shell capsules and fibers, using numerical simulations. Solute release from a core-shell fiber confined in a channel and subjected to Poiseuille flow is studied using two-dimensional lattice Boltzmann simulations. The combined effects of the flow and the shell permeability on mass transfer are analyzed over a wide range of Reynolds number covering both steady and unsteady flows. A new correlation giving the Sherwood number (the dimensionless mass transfer coefficient) as a function of the shell permeability, the Reynolds number, and the Schmidt number is proposed. The shell permeability is difficult to measure. Current characterization methods only allow the determination of an effective permeability for the whole particle (core and shell combined), and not specifically the shell permeability. A novel method to characterize capsules shell permeability is proposed and validated on both numerical and experimental data. This method consists in extracting the capsule permeability by fitting the release curves with numerical solutions of Fick’s second law of diffusion computed in one dimension using the finite difference method, by assuming spherical symmetry. Solute release from a capsule placed in a shear flow is also analyzed by the mean of three-dimensional simulations coupling the lattice Boltzmann method and the immersedboundary method for the fluid-structure interaction. The flow is found to enhance the masstransfer efficiency by forced convection. The effect of the boundary conditions set at the surface of the capsule is examined, as well. Considering Dirichlet boundary conditions at the particle surface, as classically done in literature, leads to significantly higher Sherwood numbers as compared to the case of continuity of both the concentration and the mass flux, which is more adapted to model solute release. The suspension dynamics of soft capsules in a microfluidic constriction is also studied. A state diagram describing the transition from capsule passage to blockage is determined as a function of their geometrical and mechanical properties. It can be used, for example, to optimize the design of microfluidic devices in order to enhance the mass transfer efficiency., Le transfert de masse à partir de particules présente de nombreuses applications biomédicales, telles que le relargage contrôlé de médicaments, la culture cellulaire, ou encore la conception d’organes bioartificiels. En conditions opérationnelles, les particules sont soumises à des écoulements de fluides de différentes natures, dont l’effet sur le transport du soluté est aujourd’hui encore mal connu. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’effet de l’écoulement sur le transfert de masse à partir de capsules et de fibres cœur-coque. Le cas du relargage d’un soluté par une fibre cœur-coque confinée dans un canal plan et soumise à un écoulement de Poiseuille est étudié à partir de simulations numériques en deux dimensions basées sur la méthode de Boltzmann sur réseau. Les effets combinés de l’écoulement et de la présence de la coque sur le transfert de masse sont analysés sur une large plage de nombre de Reynolds couvrant des écoulements stationnaires et instationnaires. Une corrélation donnant le nombre de Sherwood (le coefficient de transfert de masse adimensionnel) en fonction de la perméabilité de la coque, du nombre de Reynolds, et du nombre de Schmidt est proposée. La perméabilité de la coque est une propriété difficilement mesurable. Les méthodes actuelles de caractérisation ne permettent d’obtenir qu’une perméabilité effective pour l’ensemble de la particule (cœur et coque réunis), et non spécifiquement pour la coque. Une nouvelle méthode de caractérisation est proposée et validée sur des données numériques et expérimentales. Cette méthode consiste à extraire la perméabilité de la capsule par analyse inverse, en ajustant les courbes de relargage avec des solutions de la seconde loi de Fick calculées en une dimension par la méthode des différences finies. Le relargage d’un soluté par une capsule placée dans un écoulement de cisaillement est également analysé par des simulations tridimensionnelles couplant la méthode de Boltzmann sur réseau et la méthode des frontières immergées pour les interactions fluides-structure. L’écoulement améliore significativement l’efficacité du transfert de masse par convection forcée. L’effet des conditions aux limites à la surface de la capsule est examiné. Considérer des conditions aux limites de Dirichlet, comme fait classiquement dans la littérature, conduit à des nombres de Sherwood bien plus élevés que dans le cas de conditions aux limites de continuité, plus adaptées pour modéliser le relargage d’un soluté. La dynamique d’une suspension de capsules déformables en écoulement dans une constriction est aussi étudiée. Un diagramme d’états décrivant la transition entre le passage et le blocage de la constriction par les capsules est déterminé en fonction de leurs propriétés géométriques et mécaniques. Il peut être utilisé, par exemple, afin d’optimiser le design de systèmes microfluidiques dans le but d’améliorer l’efficacité du transfert de masse.

Thermoplastic elastomers, made of segmented block copolymers forming phase-separated domains (hard/soft) are widely used in the industry for various applications (car dashboards, cable sheathing or even bitumen modifiers). However, the empirical approach often used consisting in modifying the chain composition and looking at the consequences on the final properties lacks of understanding and the structure-properties relationships remain elusive nowadays. The main objective of this thesis is to bring new insights on the following points. What are the effects of the chain architecture and processing conditions on the crystallization kinetics and resulting morphology? Can we explain the reinforcement effect in these materials from the knowledge of their particular structure? How does the flow-induced crystallization influence the rheological properties? To answer these questions, we propose to combine an experimental study, based on structural and rheological characterizations of multiblock copolymers (polybutylene terephthalate – polytetrahydrofuran), with a numerical approach consisting in the development of a coarse-grained model for molecular dynamic simulations. This work led to the following main results. First, it was shown that the multiphasic structure, resulting from a bimodal crystallization whose kinetics is essentially controlled by the soft segment’s length, highly depends on the processing conditions, leading to more ordered structures when the chain mobility is higher. Then, the topological analysis of the semicrystalline network enabled to identify two key parameters to predict the evolution of the plateau modulus: volume fraction and width of the crystallites. Finally, the evolution of the flow properties under flow-induced crystallization was described thanks to the elaboration of a rheological model based on the slowdown of the chains dynamics., Les élastomères thermoplastiques, faits de copolymères à blocs segmentés formant des domaines mous et durs (cristallites) séparés sont largement utilisés dans l'industrie pour la production d’éléments divers (tableaux de bord, gaines de câbles ou encore adjuvants pour le bitume). Cependant, l’approche souvent très empirique consistant à modifier la composition de la chaîne et observer l’impact sur les propriétés finales laisse peu de place à la compréhension et à la généralisation de relations structure-propriétés qui restent encore mal comprises. L'objectif de cette thèse est d'apporter une meilleure compréhension des points suivants. Quels sont les effets de l'architecture de la chaîne et des conditions de procédé sur la cinétique de cristallisation et la morphologie résultante ? Peut-on expliquer l’origine du renforcement dans ces matériaux à partir de leur structure particulière ? Comment la cristallisation induite sous écoulement influence-t-elle les propriétés rhéologiques ? Pour répondre à ces questions, nous proposons de combiner l’étude expérimentale basée sur la caractérisation structurale et rhéologique de copolymères multiblocs (polybutylène téréphtalate – polytétrahydrofurane) avec une approche numérique passant par le développement d’un modèle gros-grains pour la simulation en dynamique moléculaire. Les travaux ainsi menés ont abouti aux résultats principaux suivants. Premièrement, il a été montré que la structure multiphasique, résultant d’une cristallisation bimodale dont la cinétique est essentiellement contrôlée par la longueur du segment mou, dépend fortement des conditions de mise en œuvre menant à des structures plus ordonnées lorsque la mobilité des chaînes est élevée. Ensuite, l’analyse de la topologie du réseau semicristallin a permis de mettre en avant deux paramètres pertinents permettant de prédire l’évolution du plateau caoutchoutique : la fraction volumique et la largeur des cristallites. Enfin, l'évolution des propriétés d’écoulement au cours de la cristallisation sous déformation a été décrite en élaborant un modèle rhéologique basé sur le ralentissement de la dynamique des chaînes.

Recently, a desalination technique based on porous carbon has been reported, merging together desalination process with electrochemical energy storage. Thanks to this new strategy, an important step forward, respect to other water desalination technologies, has been achieved. The principle is based on the capacitive adsorption of Na+ and Cl- ions in the pores of a porous activated carbon, constituting the active material of an electrochemical double layer capacitor electrode. Differently from conventional EDLC, the active material is made in the present case as slurries flowed through an electrochemical cell to achieve a continuous desalination of seat water; such system has been named Electrochemical Flow Capacitor (ELC). We first studied the different components of the electrochemical cell, from solvent / solute interactions to the structure of the carbons used as electrode materials. These studies were done using a conventional supercapacitor assembly, i.e. a cell in which the two porous carbon electrodes (anode and cathode) are implemented as a film. We characterized a desalinization cell using different type of electrodes using the [FeIII(CN)6]3- / [FeII(CN)6]4- redox couple as an electrochemical probe. Our approach allowed to define a dimensionless number teta, which is proportional to the flow rate and inversely proportional to the potential scan rate, giving a guideline to sort out different operating regimes in the flow cell. Two operating regimes have been evidenced: a permanent regime for teta > 45, allowing for higher and efficient charge adsorption, and a non-permanent domain for teta < 45. Finally, we proceeded to the formulation of carbon suspensions. We studied the rheology and the electrochemical properties of the suspensions according to the composition in order to determine the best suspension composition to use for our cell operating in EFC mode.; Dernièrement une technique de désalinisation à base de carbone poreux, qui constitue une avancée importante parmi les nombreuses technologies de désalinisation de l'eau, a été rapportée. Le principe repose sur le fait que les ions Na+ et Cl- sont adsorbés dans les pores des carbones sous l'effet d'une polarisation externe : les ions sodium sont adsorbés à l'électrode négative et les chlorures à la positive. Notre travail porte sur le développement des matériaux et sur le design des cellules optimisées, l'objectif étant d'améliorer le rendement énergétique du procédé de désalinisation. Dans ce contexte nous étudions aussi le concept de EFC (Electrochemical Flow Capacitor) qui consiste à faire circuler une suspension de carbone dans l'eau salée à l'intérieur d'une cellule électrochimique. Nous avons étudié dans un premier temps les différents composants de la cellule électrochimique, des interactions solvant/soluté jusqu'à la structure des carbones utilisés comme matériaux d'électrode. Ces études se sont faites en utilisant un montage classique de supercondensateur, c'est-à-dire une cellule dans laquelle les deux électrodes de carbone poreux (anode et cathode) sont mise en œuvre sous forme de film qui recouvre un colleteur de courant. Nous avons caractérisé une cellule de désalinisation en utilisant différents types d'électrodes et le couple redox [FeIII(CN)6]3- / [FeII(CN)6]4- comme sonde électrochimique. Notre approche a permis de définir un nombre sans dimension teta, qui est proportionnel au débit et inversement proportionnel à la vitesse de balayage du potentiel, donnant une ligne directrice pour définir les différents régimes de fonctionnement pour la cellule en mode flow. Deux régimes de fonctionnement ont été mis en évidence : un régime permanent pour teta> 45, permettant une adsorption de charge plus élevée et efficace, et un domaine non permanent pour teta

Les risques bancaires font l’objet d’une grande attention au cœur du système financier. La nouveauté dans ce domaine réside dans la nécessité, et la volonté d’une gestion plus performante. C’est dans ce sens que l’ALM est apparue comme étant une nouvelle méthode de gestion des risques bancaires. Cette méthode a pour principal objet l’analyse des équilibres bilanciels entre l’actif et le passif, et nécessite à cette fin la disposition de tous les postes du bilan. Les dépôts à vue de la clientèle, étant des produits financiers non contractuels et constituant une partie importante du passif du bilan, imposent aux contrôleurs de mettre en œuvre un modèle spécifique qui caractérise leur évolution. Notre travail de recherche consiste donc à vérifier, à travers l’étude de cas d’une banque Marocaine, comment peut-on efficacement appliquer la pratique ALM pour améliorer la gestion des risques financiers de la banque, en particulier le risque de liquidité ?

Over recent decades, regions of West and Central Africa have experienced different and significant changes in climatic patterns, which have significantly impacted hydrological regimes. Such impacts, however, are not fully understood at the regional scale, largely because of scarce hydroclimatic data. Therefore, the aim of this study is to (a) assemble a new, robust, reconstructed streamflow dataset of 152 gauging stations; (b) quantify changes in streamflow over 1950–2005 period, using these newly reconstructed datasets; (c) significantly reveal trends and variability in streamflow over West and Central Africa based on new reconstructions; and (d) assess the robustness of this dataset by comparing the results with those identified in key climatic drivers (e.g. precipitation and temperature) over the region. Gap filling methods applied to monthly time series (1950–2005) yielded robust results (median Kling-Gupta Efficiency >0.75). The study underlines a good agreement between precipitation and streamflow trends and reveals contrasts between western Africa (negative trends) and Central Africa (positive trends) in the 1950s and 1960s. Homogenous dry conditions of the 1970s and 1980s, characterized by reduced significant negative trends resulting from quasi-decadal modulations of the trend, are replaced by wetter conditions in the recent period (1993–2005). The effect of this rainfall recovery (which extends to West and Central Africa) on increased river flows are further amplified by land use change in some Sahelian basins. This is partially offset, however, by higher potential evapotranspiration rates over parts of Niger and Nigeria. Crucially, the new reconstructed streamflow datasets presented here will be available for both the scientific community and water resource managers.