Littérature scientifique sur le sujet « Particules (physique) – Dynamique »

Entre 2020 et 2022 en France, le ministère des Sports et celui des Solidarités et de la Santé ont labellisé 436 structures « Maisons Sport-Santé » (MSS). D’après leur cahier des charges, les MSS doivent organiser et coordonner l’offre d’activité physique et les parcours des personnes recevant une prescription médicale. Or, sur de nombreux territoires, plusieurs MSS sont labellisées alors que des plateformes organisées par des acteurs publics ou associatifs et soutenues par l’État en région (ARS et DRJSCS) menaient déjà ces actions. À partir d’une enquête qualitative dans quatre régions métropolitaines, l’article montre comment l’usage d’un label peut déstabiliser un espace local par la remise en cause des légitimités naissantes et la multiplication du nombre d’acteurs reconnus pour les mêmes missions. En revenant sur la diversité des structures pouvant être labellisées, et en particulier l’émergence de structures privées marchandes et hospitalières reconnues par les pouvoirs publics, l’article propose une analyse des lectures différenciées de l’organisation et de la coordination de l’espace local. L’évolution du nombre de structures labellisées et des relations entre les structures permet aussi d’interroger la dynamique processuelle des dispositifs d’encadrement de la prescription médicale d’activité physique.

C’est en référence à la théorie de l’auto-organisation que des modèles dynamiques non linéaires ont été transposés depuis les sciences physiques vers les sciences sociales et, en particulier, la géographie urbaine. On analyse la compatibilité entre cette théorie et les modalités observées du changement dans les systèmes spatiaux. Un bilan provisoire des principales applications à la structuration des villes et des systèmes de villes souligne les vertus heuristiques et didactiques de ces modèles, qui peuvent engendrer des changements qualitatifs à partir de petites variations quantitatives de certains paramètres. Toutefois, l’analogie entre systèmes physiques et systèmes géographiques a des limites et le résultat des expérimentations invite à compléter ces modèles dans le cadre d’une théorie évolutive, pour tenir compte des aspects créatifs et cognitifs intervenant dans la genèse de la complexité des systèmes spatiaux.

On se demande ici dans quelle mesure la bienveillance et l’exigence des enseignants peuvent favoriser une dynamique inclusive pour des élèves en situation de handicap, plus généralement pour celles et ceux qui ont des besoins éducatifs particuliers (BEP), et comment elles s’articulent. Une fois précisé le sens des notions en jeu, la méthodologie retenue pour identifier des catégories de manifestations de bienveillance et d’exigence est présentée. Il s’agit d’une analyse de contenu thématique des propos de professeurs d’éducation physique et sportive intervenant dans des classes ordinaires qui accueillent des élèves à BEP. La bienveillance et l’exigence étant considérées comme deux dimensions de l’activité professionnelle des enseignants, il est procédé à une analyse de leurs propos sous cet angle, en référence aux travaux de Bucheton et Soulé (2009). Elle aboutit à distinguer huit types de manifestation. Ce sont ensuite leurs conditions de possibilité qui sont envisagées, en termes d’attention à la diversité des élèves et d’actualisation de principes éthiques, puis leurs relations. Il en ressort le constat d’une fréquente intrication entre bienveillance et exigence. Au final, il apparaît que les deux attitudes étudiées ont pu contribuer à une dynamique inclusive et que la complexité du travail enseignant invite à réfléchir sur la formation des professeurs.

RÉSUMÉ La compilation de travaux publiés et d'études inédites permet de proposer un bilan des connaissances sur le pergélisol du Québec. Au Québec arctique, quelques études, fondées sur des mesures thermiques dans des trous de forage, ont révélé des épaisseurs de plusieurs centaines de mètres de pergélisol et permis d'en reconstituer l'évolution climatique. Cependant, la morphologie cryogène n'a presque pas été étudiée. Au Québec subarctique, les nombreuses mesures thermiques dans la région de Schefferville et les relevés régionaux, principalement en Hudsonie. mettent en évidence l'étroite relation entre la présence, l'épaisseur et le régime thermique du pergélisol et les facteurs climatiques locaux, en particulier l'enneigement. Ce dernier facteur étant lié de près à la structure du couvert végétal, une nouvelle carte du pergélisol, fondée sur les données les plus récentes de la végétation et des observations personnelles, est proposée. Trois approches ont servi à déterminer l'âge et l'évolution passée du pergélisol : 1) un modèle physico-mathématique développé à partir de mesures thermiques en milieu arctique; 2) l'analyse stratigraphique de tourbières à palses; 3) l'analyse du contexte géologique quaternaire. La dynamique récente du pergélisol a été étudiée par le biais des changements écologiques survenus dans les tourbières. Le pergélisol au Québec subarctique peut dater d'aussi loin que la déglaciation dans les régions jamais boisées; ailleurs, il apparaît être d'âge néoglaciaire. Les feux de forêts ont peut-être eu une influence sur sa dynamique. Les formes cryogènes et les gélisols les plus répandus au Québec subarctique sont brièvement mis en relation avec les différents types de formations superficielles pergélisolées. Les mesures in situ des propriétés physiques et du régime thermique du pergélisol discontinu seront nécessaires pour prévoir l'effet des changements climatiques.

Le roman de Ivan Vladislavić The Restless Supermarket a pour cadre Johannesbourg, une ville qui subit aujourd’hui de profondes transformations sociales et politiques. En premier lieu, cet article évalue comment le personnage principal, Aubrey Tearle, homme aux vues rétrogrades et conservatrices, négocie la transition politique, en se concentrant sur les rapports qu’il entretient avec l’infrastructure sociale et physique dynamique de la ville, et les stratégies qu’il déploie pour se chercher une identité dans un contexte de fluidité. Dans ces circonstances, les notions de définition de soi sont d’abord examinées en interrogeant comment Johannesbourg, et le quartier de Hillbrow en particulier, en tant que zones urbaines en voie de démocratisation, se définissent de manière opposée aux idées que Tearle se fait de l’ordre et des conve-nances en ayant recours au bizarre ou à l’incongru. En second lieu, je propose que l’invention, par Tearle, d’une ville imaginaire comme Alibia constitue une métaphore et une allégorie de l’ordre linguistique qui se délite rapidement au fur et à mesure que la ville se transforme. Cette fantaisie utopique est conçue pour contrecarrer l’impression de descente vers un chaos dystopique que l’émergence d’une ville post-apartheid représente pour lui. Mais Tearle comprend bientôt que, même dans ce monde allégorique, il est en définitive incapable d’imposer l’ordre qu’il souhaite ; il lui faut plutôt apprendre à découvrir comment entretenir des liens nouveaux avec la ville comme espace que l’on habite.

L’objectif de notre travail est d’utiliser les sédiments de dragage du barrage de Gargar (Algérie) dans le domaine de l’industrie des matériaux de construction. Cette industrie possède un caractère stratégique dans les pays en développement : outre son poids économique considérable, elle favorise le dynamisme de son principal client, l’industrie du bâtiment et des travaux publics. Celle-ci contribue pour une large part à l’investissement national et au développement de l’industrie des matériaux de construction locaux. La disponibilité locale de matériaux de construction est un enjeu vital du développement pour les raisons suivantes : elle correspond à une demande essentielle des populations les plus démunies pour obtenir un logement à un coût acceptable, elle structure le développement des autres branches et elle constitue l’une des principales articulation des secteurs modernes et informels de production. Les résultats de cette étude montrent que les caractéristiques physiques et minéralogiques des sédiments d’envasement du barrage de Gargar (wilaya de Relizane) permettent leur utilisation dans l’industrie des briques, en comparaison avec celles produites actuellement, et ceci pour réduire les coûts de dévasement des barrages et protéger l’environnement des quantités importantes que présentent ces particules qui ne sont pas exploitées.

En vue d'optimiser l'aération de substrats liquides à forte charge organique dissoute, un système d'aération fonctionnant selon te principe du "cheminement prolongé" a été conçu et construit à l'échelle pilote (3 000 L). Le principe mis à l'essai consiste à injecter de l'air à la base de longs tuyaux enroulés. La dynamique hydraulique du système à cheminement prolongé a été caractérisée. Un système d'aération plus conventionnel, soit un injecteur d'air de type poreux, a été utilisé comme base de comparaison. Les performances d'oxygénation des deux systèmes ont été mesurées dans l'eau, sous les mêmes conditions, puis comparées entre elles et aux valeurs rapportées dans la littérature pour d'autres systèmes. Les principaux résultats montrent que le coefficient de transfert d'oxygène (KL.a) est bon à l'intérieur des tuyaux de l'aérateur à cheminement prolongé (jusqu'à 230 h-1). Le nouveau prototype démontre également une forte capacité d'emprisonnement de l'air puisque le gonflement atteint 20 %. Finalement, de bonnes efficacités énergétiques ont été obtenues : des valeurs brute de 1.9 kg O2/kWh et nette de 9.2 kg O2/kWh ont été atteintes. Le prototype, tel que construit, a offert des performances. d'oxygénation globales similaires à cettes démontrées par l'injecteur d'air de type poreux, le volume interne des tuyaux, qui présente un intérêt particulier pour le transfert d'oxygène, ne représentant que 26 % du volume liquide total. L'optimisation de l'aérateur à cheminement prolongé passe donc par l'accroissement maximal du volume interne des tuyaux par rapport au volume liquide total. Cette mesure se traduirait par une augmentation de la capacité d'oxygénation totale et des efficacités physique et énergétique du transfert d'oxygène, ainsi que par une diminution des puissances spécifiques requises. Les performances du système à cheminement prolone dans un liquide chargé en substrat organique restent à étudier, mais les résultats préliminaires obtenus dans l'eau du robinet sont encourageants.

La trajectoire identitaire, au cœur de cette reprise du développement que constitue toute psychothérapie, comporte des difficultés particulières chez les descendants de migrants. La relaxation, dans son travail des points d’ancrage, de l’exploration originale du schéma corporel, permet ce retour au soi, démultiplié dans le temps et dans l’espace, en particulier lors d’un état de conscience modifiée. Le travail du corps, soutient, ou fonde, la formulation d’un sens propre à soi, quant aux origines du sujet. En relaxation staticodynamique, le travail corporel commence par la main dominante, puis l’avant-bras puis le bras, l’épaule, ainsi pour chaque membre et le tronc, exploration en détail sinon en profondeur, dans la dissociation de chaque segment les uns par rapport aux autres. Ce travail segmentaire est induit soit en statique, soit en dynamique de chute libre ou de chute ralentie. Ce ralentissement affine la perception et approfondit la détente mentale, il accentue également la conscience de la dissociation, dans son évidence comme dans son impossible réalisation parfaite. Aux confins des limites physiques de soi, des parts de soi reliées en tout, se trouve alors suggéré symboliquement, un autre possible dans ce qui, présent à l’esprit à ce moment même, restait aussi limité, insu ou refoulé. Cette géographie corporelle conduit métaphoriquement à une géographie plus matérielle. Pour les migrants, se trouvent ainsi convoquées l’histoire familiale et la culture du pays d’origine en un autre lieu, au propre et au figuré. Dans le même temps, se remobilisent les enjeux identitaires et les perceptions corporelles nouvellement mais sûrement appropriées. La mobilisation symbolique du « corps territoire » offre ainsi un espace d’intégration et d’enracinement en soi, relié aux périples de l’histoire familiale, au fil des séances et des verrouillages levés.

En septembre 2017, les Jeux Invictus – une rencontre sportive internationale pour le personnel militaire blessé ou malade – ont eu lieu au Canada, dans la ville de Toronto. Cet article revient sur l’évènement pour examiner la façon dont la performance parasportive, les conceptions de la blessure, de la maladie et du handicap, ainsi que la logique de l’État-nation et de l’armée s’entremêlent. Les rencontres parasportives comme les Jeux Invictus mobilisent des représentations de l’invalidité et du handicap; elles orientent l’opinion publique sur des questions liées à l’invalidité, matérialisent des formes communautaires réelles ou imaginées et donnent l’occasion aux individus de participer à des activités physiques. Abordant les Jeux Invictus par la lorgnette des études sur le théâtre et la performance, cet article met au jour les courants idéologiques complexes et souvent opposés qui les traversent. En particulier, l’article s’appuie sur le concept des écologies de la performance pour montrer que le parasport est une niche sous-théorisée de l’écologie de la performance en contexte d’invalidité au Canada. Par une analyse de la performance, l’article éclaire la logique tortueuse inscrite au cœur des Jeux Invictus, notamment leur lien avec le complexe militaro-industriel et une conception ambivalente de l’invalidité, de la blessure et de la maladie. En définitive, l’article affirme l’importance de nouer un dialogue avec la logique contradictoire des Jeux Invictus au lieu de la désavouer, car, se faisant, on ouvre à la recherche de nouvelles voies pour éclairer les complexités de cette écologie de la performance au dynamisme renversant.

Description du sujet. Des glissements de terrain se produisent sur le plateau du Kwango-Kwilu et sont généralement en relation avec le défrichement des lambeaux forestiers en tête des cours d’eau. Parmi les plus récents et les plus nombreux, il y a les glissements à Mutatala et Ndunga, deux localités situées respectivement à 36 km et 21 km au Sud de la ville de Kikwit.Objectif. L’étude vise à analyser les mécanismes, facteurs et causes responsables de glissement des terres dans les villages Mutatala et Ndunga dans la périphérie de la ville de Kikwit.Méthodes. Pour réaliser l’étude, un dispositif de suivi de l’évolution du glissement a été installé dans les zones instables susceptibles de glissements. Quelques opérations d’observations et de mesures ont été menées pendant deux ans, notamment : (i) le levé des coordonnées géo-topographiques des sites et la description des données environnementales ; (ii) l’implantation des jalons en bois dans les zones suspectes distants de 20 m, servant des repères fixes, et la progression du glissement était mesurée par arpentage au décamètre, tous les 15 jours de 2017 à 2019.Résultats Les sept repères installées ont enregistré une avancée du glissement qui varie de 5 m à 18 m de long par an et un élargissement de près de 71 m, et les deux glissements sont très dynamiques. Pendant les deux ans de suivi, ces glissements ont évolué annuellement de 35 m pour Mutatala et de 14 m pour Ndunga en moyenne.Conclusion. La progression du phénomène bénéficie des caractéristiques physiques du milieu (sols fragiles, climat agressif et topographie accidentée), exacerbées par des activités humaines (chemins, champs, déforestation, etc.). Description of the subject. Landslides occur on the Kwango-Kwilu plateau and are generally related to the clearing of forest strips at the head of watercourses. Among the most recent and most numerous, there are landslides in Mutatala and Ndunga, two localities located respectively 36 km and 21 km south of the town of Kikwit.Objective. The study aims to analyze the mechanisms, factors and causes responsible for landslides in the Mutatala and Ndunga villages in the outskirts of the city of Kikwit.Methods. To carry out the study, a device for monitoring the evolution of the landslide was installed in the unstable areas susceptible to landslides. A few observation and measurement operations were carried out over two years, in particular : (i) the survey of the geo-topographic coordinates of the sites and the description of the environmental data; (ii) the installation of wooden stakes in suspect areas 20 m apart, serving as fixed markers, and the progress of the landslide was measured, by surveying with a decameter, every 15 days from 2017 to 2019.Results The seven markers installed have recorded an advance of the landslide which varies from 5 m to 18 m long per year and a widening of almost 71 m, and the two landslides are very dynamic. During the two years of monitoring, these landslides evolved annually by 35 m for Mutatala and 14 m for Ndunga on average.Conclusion. The progression of the phenomenon benefits from the physical characteristics of the environment (fragile soils, aggressive climate and rugged topography), exacerbated by human activities (paths, fields, deforestation, etc.).

Une technique d'interférométrie laser, couplée à deux moteurs à micro déplacements, permet de suivre la totalité du mouvement d'une sphère, de diamètre millimétrique, dans un milieu visqueux limite. La sensibilité sur le déplacement vertical mesurée par interférométrie laser est de 50 nm, celle sur le déplacement latéral suivi par les moteurs est de 20 m. La durée du suivi varie de quelques minutes a une douzaine d'heures suivant la forme de l'enceinte. Les interactions hydrodynamiques particule/parois sont étudiées lors du mouvement d'une sphère (de diamètre compris entre 2 et 8mm) sur l'axe d'une enceinte fermée. Différentes cellules sont utilisées : 2 cylindres de rayons 25mm et 40mm et de hauteur 40mm, 2 cônes de demi angles 31,6\ et 45\. Le nombre de Reynolds est inférieur a 0. 001. La solution numérique des équations de Stokes proposée est basée sur la méthode des moindres carrés développée par Bourot et Coutanceau. Les résultats numériques sont en accord avec les expériences, jusqu'a une distance aux parois fonction de la précision numérique. Quand la particule est proche de la paroi plane, la solution de Maude et Brenner est en bon accord avec les résultats expérimentaux. Au fond du cône, dans la zone de lubrification, les résultats expérimentaux sont comparés à la solution théorique de May, l'accord est excellent. L'étude expérimentale des interactions hydrodynamiques particule/particule montre l'importance des micro rugosités sur le mouvement d'une sphère en chute libre lors du contournement d'une sphère fixe de même rayon. Les trajectoires sont dans un plan vertical. Quand il y a contact, la rugosité modifie la lubrification et les trajectoires sont dissymétriques. Quand il n'y a pas contact, celles-ci sont symétriques. Les courbes expérimentales relatives au mouvement d'une sphère sur l'axe vertical de symétrie d'un amas de sphères fixes sont proches de celles calculées par la méthode des multipoles développée par Cichocki et al.

L'étude des dynamiques collectives, observables chez de nombreuses espèces animales, a motivé dans les dernières décennies un champ de recherche actif et transdisciplinaire. De tels comportements sont souvent modélisés par de la matière active, c'est-à-dire par des modèles dans lesquels chaque individu est caractérisé par une vitesse propre qui tend à s'aligner avec celle de ses voisins.Dans un modèle fondateur proposé par Vicsek et al., ainsi que dans de nombreux modèles de matière active liés à ce dernier, une transition de phase entre un comportement chaotique à forte température, et un comportement global et cohérent à faible température, a été observée. De nombreuses preuves numériques de telles transitions de phase ont été obtenues dans le cadre des dynamiques collectives. D'un point de vue mathématique, toutefois, ces systèmes actifs sont encore mal compris. Plusieurs résultats ont été obtenus récemment sous une approximation de champ moyen, mais il n'y a encore à ce jour que peu d'études mathématiques de modèles actifs faisant intervenir des interactions purement microscopiques.Dans ce manuscrit, nous décrivons un système de particules actives sur réseau interagissant localement pour aligner leurs vitesses. L'objet de cette thèse est l'obtention rigoureuse, à l'aide du formalisme des limites hydrodynamiques pour les gaz sur réseau, de la limite macroscopique de ce système hors-équilibre, qui pose de nombreuses difficultés techniques et théoriques
Collective dynamics can be observed among many animal species, and have given rise in the last decades to an active and interdisciplinary field of study. Such behaviors are usually modeled by active matter, in which each individual is self-driven and tends to align its velocity with that of its neighbors.In a classical model introduced by Vicsek & al., as well as in numerous related active matter models, a phase transition between chaotic behavior at high temperature and global order at low temperature can be observed. Even though ample evidence of these phase transitions has been obtained for collective dynamics, from a mathematical standpoint, such active systems are not fully understood yet. Some progress has been achieved in the recent years under an assumption of mean-field interactions, however to this day, few rigorous results have been obtained for models involving purely local interactions.In this manuscript, we describe a lattice active particle system interacting locally to align their velocities. This thesis aims at rigorously obtaining, using the formalism developed for hydrodynamic limits of lattice gases, the scaling limit of this out-of-equilibrium system, for which numerous technical and theoretical difficulties arise

Dans ce travail, les trajectoires 3-D de particules marquées dans un lit fluidisé liquide ont été mesurées par vidéo dans un milieu d’indices optiques ajustés, dans une plage étendue de concentration. Les paramètres de l’écoulement étudié correspondent à des nombres de Reynolds particulaire élevés (O(10)
Besides its interest as an industrial application in various processes, liquid fluidization builds up an interesting test case regarding the validation of two-phase flow modelling. The lack of reliable and detailed experimental data about particle agitation in this type of flow is one important motivation to this study. In this work, the random motion of mono-dispersed particles in a liquid fluidized bed has been measured and processed from video recordings, using a refractive index matching method. 3-D trajectories of coloured particles have been collected in a wide range of solid fraction, and statistical quantities have been derived in the range of high particle Reynolds number (O(10)

Le colmatage et le nettoyage de milieux fibreux sont cruciaux dans de nombreuses applications industrielles et domestiques telles que la filtration ou le nettoyage de revêtements de sols textiles par écoulement d'air. L'adhésion et le détachement de particules micrométriques isolées en contact avec un substrat plan sont étudiés à l'aide d'une cellule à écoulement d'air cisaillé. La caractérisation de l'écoulement laminaire isotherme compressible dans la cellule permet d'analyser l'effet de la taille des particules, du taux d'humidité de l'air, de la nature et de la charge de la surface sur les efforts aérodynamiques requis pour détacher les particules. Les résultats montrent que sur un substrat isolant chargé, sur lequel les particules adhèrent sous l'action de forces électrostatiques, l'augmentation du taux d'humidité (jusqu'à une valeur critique) favorise le détachement des particules. En revanche, au-delà de ce taux d'humidité critique, l'apparition d'une force capillaire rend difficile leur détachement. Sur un substrat non chargé, l'augmentation du taux d'humidité défavorise leur détachement. Sur un substrat conducteur, l'exposition à un champ électrique des particules adhérentes génère une force de répulsion électrostatique qui facilite leur détachement. Les résultats sont interprétés en terme de force globale d'adhésion au moyen d'un bilan des efforts exercés sur une particule isolée en contact avec un substrat plan. L'application visée, le nettoyage des revêtements de sols textiles par aspiration, est explorée. Deux types de particules minérales salissantes sont caractérisés expérimentalement : des grosses particules bloquées mécaniquement et des petites particules fortement adhérées sur les fibres. L'écoulement qui s'établit au sein du milieu fibreux au passage du suceur est déterminé numériquement et la contrainte de cisaillement pariétale sur les fibres est comparée aux valeurs requises pour le détachement des particules obtenues expérimentalement.

Une vésicule est un système modèle utilisé pour comprendre le comportement dynamique en écoulement d’une particule molle fermée telle qu’un globule rouge. La membrane bicouche lipidique inextensible d’une vésicule admet une résistance d’élasticité en flexion. Lorsque dégonflée, c’est-à-dire pour un grand rapport surface sur volume, une vésicule présente des changements de formes remarquables. Des progrès significatifs ont été réalisés au cours des dernières décennies dans la compréhension de leur dynamique en milieu infini. Ce manuscrit s’intéresse à la transition de formes et à la migration latérale d’une vésicule dans des écoulements confinés. L’approche est numérique, basée sur une méthode aux éléments finis de frontière (BEM) isogéométrique. Partant d’une version existante pour les écoulements de Stokes non confiné, un code original est développé pour prendre en compte les parois de microcanaux de section transversale arbitraire. L’essentiel des études porte sur la dynamique d’une vésicule transportée par un écoulement de Poiseuille dans une conduite de section circulaire. Tout d’abord, nous examinons les formes typiques des vésicules, les différents modes de migration latérale et la structure de l’écoulement des lipides dans la membrane, en fonction des trois paramètres sans dimension caractéristiques : le volume réduit, le confinement et le nombre capillaire (de flexion). Les transitions de forme et le diagramme de phase de formes stables pour plusieurs volumes réduits sont obtenus dans l’espace (confinement, nombre capillaire). Ils montrent une extension de l’ensemble des morphologies de la vésicule. L’interaction complexe entre la paroi du tube, les contraintes hydrodynamiques et l’élasticité de flexion de la membrane conduit à une dynamique bien plus riche. Nous étudions ensuite, via une version axisymétrique du modèle, le comportement de la vésicule lorsque des conditions de confinement deviennent sévères et imposent des formes de vésicule axisymétriques. Un accent particulier est mis sur la prédiction de la mobilité de la vésicule et de la perte de charge additionnelle induite par la présence de la vésicule. Cette dernière est importante pour comprendre la rhéologie d’une suspension diluée. De plus, sur la base des résultats numériques du comportement proche du confinement maximal, nous établissons plusieurs lois d’échelle portant sur la vitesse de la vésicule et sa longueur, ainsi que sur l’épaisseur du film de lubrification. Enfin, nous présentons un modèle hybride BEM–coarse-graining permettant d’adjoindre un cytosquelette à une vésicule pour étendre nos études au cas des globules rouges. La modélisation coarse-graining du cytosquelette repose sur un réseau de ressorts identifié à l’ensemble des arêtes du maillage d’éléments finis de la membrane de la vésicule. Les résultats numériques montrent que ce modèle à deux composants vésicule–cytosquelette est capable d’extraire les propriétés mécaniques des globules rouges et de prédire sa dynamique dans les écoulements de fluide
Vesicles are a model system for understanding the dynamical behavior of a closed soft particle such as red blood cells (RBCs) in flows. The inextensible lipid bilayer membrane of a vesicle admits resistance to the bending elasticity, and its large surface-area-to-volume ratio allows the vesicle to exhibit remarkable shape changes in the dynamics even in a simple flow. Significant progress has been made over the past decades in understanding vesicle dynamics in unbounded Stokes flows. This manuscript deals with the numerical investigation of shape transition and lateral migration of 3D vesicles in wall-bounded Stokes flows by means of an isogeometric finite-element method (FEM) and boundary-element method (BEM). Starting from a previously reported isogeometric FEM-BEM simulations of the dynamics of soft particles (drops, capsule, and vesicle) in Stokes flows in free space, the original code is developed to account for microchannel walls of arbitrary cross-section. The present work focuses on the dynamics of a vesicle that is transported through a circular tube in a pressure-driven flow. First, we investigate typical vesicle shapes, different lateral migration modes, and flow structure onto vesicle membrane versus three independent dimensionless parameters, namely, the reduced volume, the confinement, and the (bending) capillary number. Shape transitions and the phase diagram of stable shapes for several reduced volumes are obtained in the (confinement, capillary number) space, showing an extension of the set of vesicle morphologies and rich vesicle dynamics owing to the intricate interplay among the tube wall, hydrodynamic stresses, and membrane bending. Secondly, we study, via an axisymmetric BEM, the hydrodynamics under high confinements in which the shape of the vesicle is expected to maintain axisymmetry. A particular emphasis is given to the prediction of the vesicle mobility and the extra pressure drop caused due to the presence of the vesicle, the latter having implications in the rheology of a dilute suspension. In addition, based on the numerical results of limiting behavior of quantities of interest near maximal confinement, we give various scaling laws to infer, for example, the vesicle velocity, its length, and the thickness of lubrication film. Finally, we present a coupled, hybrid continuum–coarse-grained model for the study of RBCs in fluid flows. This model is based on a combination of the vesicle model with a network of springs with fixed connectivity, representing the cytoskeleton. Numerical results show that this two-component vesicle–cytoskeleton model isable to extract the mechanical properties of RBCs and predict its dynamics in fluid flows

Depuis la découverte des ceintures de radiation terrestres par James Van Allen, à la fin des années 50, l'intérêt d’explorer cette région qui entoure la Terre et de comprendre la physique impliquée n’a pas cesser de s’exprimer. Cet environnement étant très radioactif, il constitue un danger important pour les satellites en vol et les humains dans l’espace. Pour avancer dans cette direction, le Département d'Environnement Spatial à l'ONERA, centre de Toulouse, a entrepris dans les années 90 le développement d’un modèle physique de ceintures de radiation terrestres, le modèle Salammbô. Depuis sa conception, le modèle Salammbô n’a pas cessé d’évoluer, grâce à la réalisation de plusieurs thèses et de recherches continues. Dans le cadre de cette thèse, le but était d’étudier la dynamique qui caractérise la ceinture externe d’électrons. Très tôt dans l’histoire de la recherche sur les ceintures de radiation, le processus de diffusion radiale a été identifié comme le processus clé de la dynamique observée. A l’heure actuelle, l'accélération locale des électrons par les interactions résonantes avec des ondes de type « whistlers » constitue le candidat le plus probable pour expliquer l'augmentation importante des flux d’électrons de haute énergie, observée suite à un orage magnétique. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur l'étude de l'effet combiné de la diffusion radiale et de ces interactions ondes-électrons en dehors de la plasmasphère. Les résultats de cette étude montrent que les ondes chorus (ondes type « whistlers ») accélèrent fortement les électrons à des énergies relativistes en dehors de la plasmasphère. Quand le processus de diffusion radiale et l'accélération locale des électrons par les ondes sont pris en compte dans les simulations, les deux processus sont en compétition et le résultat final dépend de la puissance relative des deux.

La capacité à percevoir des courants dans un fluide s'est développée chez de nombreuses espèces animales, dans des contextes écologiques très variés qui couvrent aussi bien les interactions proies-prédateurs, la sélection sexuelle ou l'orientation dans un environnement. Parmi ces espèces animales, les grillons détectent les courants d'air générés notamment lors de l'attaque de leurs prédateurs à l'aide de deux organes appelés "cerques", situés à l'arrière de leur abdomen et recouverts de poils mécano-sensoriels. Ces senseurs sont considérés comme les détecteurs les plus sensibles du monde animal. Il leur suffit de capter l'énergie d'un dixième d'un photon pour déclencher un potentiel d'action au niveau du neurone sensoriel. Ce manuscrit présente à la fois le développement des outils de mesures sans contact adaptés à ces questions d'écologie sensorielle ainsi que les méthodes numériques simulant les processus physiques à l'oeuvre. L'étude du fonctionnement des senseurs a nécessité l'adaptation des méthodes de mesures non intrusives de très grande précision tel que la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). La couche limite oscillante dans laquelle évoluent les poils a été visualisée et a servi à déterminer la réponse de poils modélisés par des systèmes oscillatoires du second ordre. Le couplage visqueux entre poils a été lui aussi caractérisé en adaptant la PIV à des mesures à très petites échelles sur des poils biomimétiques micro-electro-mécanique (MEMS). Les mesures des perturbations générées lors des attaques d'araignées, principales prédatrices des grillons, nous ont aidé à valider des modélisations numériques, réalisées à l'aide des techniques de dynamique des fluides computationnelles (CFD) par résolution des équations de Navier Stokes via la méthode des éléments finis (FEM). La mise au point et l'utilisation de techniques de métrologie optique en dynamique des fluides semi-visqueux et l'analyse des données nous permettent de revisiter la sensibilité extrême du système sensoriel du grillon et de placer ces mesures dans un contexte plus large, d'écologie sensorielle. En particulier, nous montrons que ces soies sont placées en groupe compact et exercent entre elles un fort couplage aérodynamique visqueux, qui réduit fortement leur sensibilité "de groupe". Ce fort couplage interroge l'intérêt d'avoir des récepteurs aussi performants individuellement, s'ils perdent leur sensibilité lorsqu'ils fonctionnent en réseau. Finalement, les réactions des poils à des mouvements de fluides générés par un piston mimant les attaques réelles d'araignées ont pu être déterminées à l'aide d'une caméra rapide, puis simulées et validées après avoir développé un modèle mécanique du poil répondant à des stimuli transitoires
Flow sensing is used by a vast number of animals in various ecological contexts, from preypredator interactions to mate selection, and orientation to flow itself. Among these animals, crickets use hundreds of filiform hairs on two cerci as an early warning system to detect remote potential predators. Over the years, the cricket hairs have been described as the most sensitive sensor in the animal kingdom. The energy necessary for the emission of an action potential by its sensory neuron was estimated to be a tenth of the energy of a photon. This PhD thesis aims to describe recent technological advances in the measurement and model of flows around biological and artificial flow sensors in the context of organismal sensory ecology. The study and understanding of the performance of sensory systems requires a high spatial precision of non-intrusive measurement methods. Thus, non-contacting measurement methods such as and Particle Image Velocimetry (PIV), originally developed by aerodynamics and fluid mechanics engineers, have been used to measure flows of biological relevance. The viscous oscillatory boundary layer surrounding filiform hairs has been visualized and used as input to model the mechanical response of these hairs, described as second order mechanical systems. The viscous hydrodynamic coupling occurring within hair canopy was also characterized using PIV measurements on biomimetic micro-electro-mechanical systems (MEMS) hairs, mimicking biological ones. Using PIV, we have also measured the air flow upstream of hunting spiders. We prove that this flow is highly conspicuous aerodynamically, due to substantial air displacement detectable up to several centimeters in front of the running predator. This disturbance of upstream air flows were also assessed by computational fluid dynamics (CFD) with the finite elements method (FEM). The development of non-intrusive measurement and CFD methods and their application to the analysis of the biological flow involved in cricket sensory ecology allowed us to revisit the extreme sensitivity of cricket filiform hairs. We predicted strong hydrodynamic coupling within natural hair canopies and we addressed why hairs are packed together at such high densities, particularly given the exquisite sensitivity of a single hair. We also proposed a new model of hair deflection during the arrival of a predator, by taking into account both the initial and long-term aspects of the flow pattern produced by a lunging predator. We conclude that the length heterogeneity of the hair canopy mirrors the flow complexity of an entire attack, from launch to grasp

Nous nous intéressons au transport turbulent de particules de taille grande devant l'échelle de Kolmogorov. Cette situation se retrouve à la fois dans les écoulements naturels (comme le transport de sédiments) et dans les écoulements industriels (solutés solides dans un mélangeur par exemple). Pour aborder ce problème, nous étudions la dynamique de particules de taille proche de l'échelle intégrale, de densité égale ou légèrement différente de celle du fluide, dans un écoulement turbulent de von Kármán contra-rotatif, à l'aide d'un montage de suivi lagrangien rapide. L'étude de la dynamique rapide des particules montre une diminution forte des fluctuations selon la taille, mais aussi l'apparition d'un phénomène nouveau : à partir d'une certaine taille, les particules n'explorent plus l'écoulement de façon homogène. Cette exploration préférentielle est liée à la structure moyenne de l'écoulement de von Kármán, qui crée une force de piégeage. Cette force devient alors supérieure aux fluctuations des particules quand leur taille dépasse une taille critique. Une étude dans le régime laminaire, où l'écoulement moyen domine largement les fluctuations, a en effet mis en évidence un piégeage fortement accru. Les particules orbitent alors pendant des temps très longs autour des attracteurs stables des particules fluides de l'écoulement laminaire. Même en régime pleinement turbulent, le déplacement des particules entre ces zones s'effectue sur des durées longues, décorrélées des temps de la dynamique turbulente. Nous avons adapté les outils d'analyse pour caractériser cette dynamique et l'avons comparée à celle de particules isodenses dans un écoulement de von Kármán qui possède deux états asymétriques. Nous avons également élaboré un modèle qui reproduit ces caractéristiques dans les cas symétrique et asymétrique. Ces questions sont intimement liées au transfert de masse ou de chaleur entre une particule et l'écoulement. Nous avons donc aussi étudié la fusion de grosses billes de glace en turbulence développée, analysant l'influence de la taille des billes et de la vitesse de glissement sur le transfert thermique, à l'aide d'un montage d'ombroscopie afocale. Nous avons notamment montré que les grosses billes de glace fondent dans un régime ultime de convection forcée lorsqu'elles sont librement advectées par l'écoulement.