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In this thesis, we are interested on the study of a sediment transport model through two different approaches. One of them concerns the numerical modelling of the problem and proposes a numerical problem-solving method based on an approximate Riemann solver for the Saint-Venant-Exner system which is one of the most common model to deal with sedimentary bed-load transport. This last one is based on a coupling between the hydraulic model of Saint-Venant and the morphodynamic model of Exner. The key point of the proposed method is the treatment of the coupling issue. Indeed, there exists two strategies; the first one consists on decoupling the resolution of the fluid part from the solid part and making them interact at fixed times whereas the second one considers a coupled approach to solve the system by jointly updating the hydraulic and solid quantities at same times. We then raise the issue of the choice of the strategy for which we suggest answers by comparing both approaches. The other one focuses on the development of a methodology to study the uncertainties related to the model previously mentioned. To this end, we propose a stochastic formulation of the Saint-Venant-Exner system and we look for characterizing the variabilities of the outputs in relation to the naturally random input parameters. This first study reveals the need for a return to the Saint-Venant system with a perturbed bed to understand the sensitivity of the hydraulic quantities on the topographical perturbations., Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude d'un modèle de transport de sédiments en nous plaçant sous deux angles d'approche différents. L'un concerne la modélisation numérique du problème et propose une méthode de résolution numérique basée sur un solveur de Riemann approché pour le système de Saint-Venant-Exner qui reste un des systèmes les plus répandus pour traiter le transport sédimentaire par charriage. Ce dernier repose sur un couplage du modèle hydraulique de Saint-Venant et du modèle morphodynamique d'Exner. Le point essentiel de la méthode proposée se situe au niveau du traitement du couplage de ce système. En effet, il existe deux stratégies; la première consiste à découpler la résolution de la partie fluide de la partie solide et les faire interagir à des instants donnés alors que la seconde considère une résolution couplée du système en mettant à jour conjointement les grandeurs hydrauliques et solides aux mêmes instants. Se posera alors la question du choix de la stratégie de résolution pour laquelle nous apporterons des éléments de réponses en comparant les deux approches. L'autre se concentre sur la mise en place d'une méthodologie pour l'étude des incertitudes liées au même modèle. Pour ce faire, nous proposons une formulation stochastique du système de Saint-Venant-Exner et nous cherchons à caractériser la variabilité des sorties par rapport aux paramètres d'entrée naturellement aléatoires. Cette première étude révélera la nécessité de revenir à un système de Saint-Venant avec un fond bruité pour étudier la sensibilité des grandeurs hydrauliques par rapport aux perturbations topographiques.

In the first part, we formally derive the \PFS (\textbf{P}ressurised and \textbf{F}ree \textbf{S}urface) equations for unsteady mixed flows in closed water pipes with variable geometry. We write the numerical approximation of these equations by a VFRoe and a kinetic solver by upwinding the sources terms at the cell interfaces. Particularly, we propose the upwinding of a friction term (given by the Manning-Strickler law) by introducing the notion of \emph{ dynamic slope}. Finally, we construct a well-balanced scheme preserving the still water steady states by defining a stationary matrix especially constructed for the VFRoe scheme. Following this idea, we construct a well-balanced scheme which preserve all steady states. To deal with transition points occurring when the state of the flow changes (i.e. free surface to pressurised and conversely), we extend the \og ghost waves\fg~ method and propose a full kinetic approach. In the second part, we study a simplified version of a compressible primitive equations for the dynamic of the atmosphere. We obtain an existence result for weak solutions global in time for the two-dimensional model. We also state a stability result for weak solutions for the three dimensional version. To this end, we introduce a useful change of variables which transform the initial model in a more simpler one. We present a small introduction to the cavitation phenomena. We recall the different kinds of cavitation and some mathematical models such as the Rayleigh-Plesset equation and a mixed model. As a first step toward the modeling of the cavitation in closed pipes, we propose a bilayer model which take into account the compressibility effect of the air onto the free surface. As pointed out by several authors, such a system, of $4$ equations, is non hyperbolic and generally, eigenvalues cannot be explicitly computed. We propose a numerical approximation by using a kinetic scheme. In the last chapter, we formally derive a sediments transport model based on the Vlasov equation coupled to an anisotropic compressible Navier-Stokes equations. This model is obtained by performing two asymptotic analysis.; Dans la première partie, on dérive formellement les équations \PFS (\textbf{P}ressurised and \textbf{F}ree \textbf{S}urface) pour les écoulements mixtes en conduite fermée avec variation de géométrie. On écrit l'approximation de ces équations à l'aide d'un solveur VFRoe et d'un solveur cinétique en décentrant les termes sources aux interfaces. En particulier, on propose le décentrement d'un terme de friction, donnée par la loi de Manning-Strickler, en introduisant la notion de \emph{pente dynamique}. Enfin, on construit un schéma bien équilibré préservant les états stationnaires au repos en définissant une matrice à profil stationnaire conçue pour le schéma VFRoe. Suivant cette idée, on construit, en toute généralité, un schéma bien équilibré préservant tous les états stationnaires. Pour traiter les points de transitions (i.e. le changement de type d'écoulement surface libre vers charge et vice et versa), on étend la méthode des \og ondes fantômes\fg~ dans ce contexte et on propose un traitement complètement cinétique. Dans la deuxième partie, on étudie des équations primitives compressibles simplifiées dans le cadre de la modélisation de la dynamique de l'atmosphère. En particulier, on obtient un résultat d'existence de solutions faibles globales en temps en dimension $2$ d'espace. On établit également un résultat de stabilité de solutions faibles pour le modèle en dimension $3$ d'espace. À cet égard, on introduit un changement de variables convenable qui permet de transformer les équations initiales en un modèle plus simple à étudier. Dans la troisième et dernière partie, on présente une courte introduction à la cavitation. En particulier, on rappelle les différents types de cavitation et les modèles mathématiques de Rayleigh-Plesset pour l'étude d'une bulle isolée et un modèle de mélange plus complexe. En vue de modéliser la cavitation dans les conduites fermées, on introduit un modèle à deux couches pour prendre en compte, dans un premier temps, l'effet d'une poche d'air comprimée par la surface libre et les bords de la conduite. En particulier, le système obtenu, à $4$ équations, est généralement non hyperbolique et ses valeurs propres ne sont pas calculables explicitement. On propose alors une approximation numérique basée sur un schéma cinétique mono-couche. Dans le dernier chapitre, on dérive formellement un modèle de transport de sédiments basé sur l'équation de Vlasov couplée à des équations de Navier-Stokes compressibles avec un tenseur de viscosité anisotrope. Ce modèle est ensuite obtenu par le biais de deux analyses asymptotiques.

In the first part, we formally derive the \PFS (\textbf{P}ressurised and \textbf{F}ree \textbf{S}urface) equations for unsteady mixed flows in closed water pipes with variable geometry. We write the numerical approximation of these equations by a VFRoe and a kinetic solver by upwinding the sources terms at the cell interfaces. Particularly, we propose the upwinding of a friction term (given by the Manning-Strickler law) by introducing the notion of \emph{ dynamic slope}. Finally, we construct a well-balanced scheme preserving the still water steady states by defining a stationary matrix especially constructed for the VFRoe scheme. Following this idea, we construct a well-balanced scheme which preserve all steady states. To deal with transition points occurring when the state of the flow changes (i.e. free surface to pressurised and conversely), we extend the \og ghost waves\fg~ method and propose a full kinetic approach. In the second part, we study a simplified version of a compressible primitive equations for the dynamic of the atmosphere. We obtain an existence result for weak solutions global in time for the two-dimensional model. We also state a stability result for weak solutions for the three dimensional version. To this end, we introduce a useful change of variables which transform the initial model in a more simpler one. We present a small introduction to the cavitation phenomena. We recall the different kinds of cavitation and some mathematical models such as the Rayleigh-Plesset equation and a mixed model. As a first step toward the modeling of the cavitation in closed pipes, we propose a bilayer model which take into account the compressibility effect of the air onto the free surface. As pointed out by several authors, such a system, of $4$ equations, is non hyperbolic and generally, eigenvalues cannot be explicitly computed. We propose a numerical approximation by using a kinetic scheme. In the last chapter, we formally derive a sediments transport model based on the Vlasov equation coupled to an anisotropic compressible Navier-Stokes equations. This model is obtained by performing two asymptotic analysis., Dans la première partie, on dérive formellement les équations \PFS (\textbf{P}ressurised and \textbf{F}ree \textbf{S}urface) pour les écoulements mixtes en conduite fermée avec variation de géométrie. On écrit l'approximation de ces équations à l'aide d'un solveur VFRoe et d'un solveur cinétique en décentrant les termes sources aux interfaces. En particulier, on propose le décentrement d'un terme de friction, donnée par la loi de Manning-Strickler, en introduisant la notion de \emph{pente dynamique}. Enfin, on construit un schéma bien équilibré préservant les états stationnaires au repos en définissant une matrice à profil stationnaire conçue pour le schéma VFRoe. Suivant cette idée, on construit, en toute généralité, un schéma bien équilibré préservant tous les états stationnaires. Pour traiter les points de transitions (i.e. le changement de type d'écoulement surface libre vers charge et vice et versa), on étend la méthode des \og ondes fantômes\fg~ dans ce contexte et on propose un traitement complètement cinétique. Dans la deuxième partie, on étudie des équations primitives compressibles simplifiées dans le cadre de la modélisation de la dynamique de l'atmosphère. En particulier, on obtient un résultat d'existence de solutions faibles globales en temps en dimension $2$ d'espace. On établit également un résultat de stabilité de solutions faibles pour le modèle en dimension $3$ d'espace. À cet égard, on introduit un changement de variables convenable qui permet de transformer les équations initiales en un modèle plus simple à étudier. Dans la troisième et dernière partie, on présente une courte introduction à la cavitation. En particulier, on rappelle les différents types de cavitation et les modèles mathématiques de Rayleigh-Plesset pour l'étude d'une bulle isolée et un modèle de mélange plus complexe. En vue de modéliser la cavitation dans les conduites fermées, on introduit un modèle à deux couches pour prendre en compte, dans un premier temps, l'effet d'une poche d'air comprimée par la surface libre et les bords de la conduite. En particulier, le système obtenu, à $4$ équations, est généralement non hyperbolique et ses valeurs propres ne sont pas calculables explicitement. On propose alors une approximation numérique basée sur un schéma cinétique mono-couche. Dans le dernier chapitre, on dérive formellement un modèle de transport de sédiments basé sur l'équation de Vlasov couplée à des équations de Navier-Stokes compressibles avec un tenseur de viscosité anisotrope. Ce modèle est ensuite obtenu par le biais de deux analyses asymptotiques.