Ce mémoire comporte six chapitres. Le premier chapitre passe en revue les problèmes des sols argileux gonflants dans le monde et au Maroc, décrit leurs propriétés physiques et mécaniques, leur nature minéralogique et leur structure, en insistant sur leur comportement lors de l'humidification. Le deuxième chapitre analyse, sur la base des travaux de l'auteur, les différentes pathologies induites dans les bâtiments par le gonflement des sols argileux du Maroc. Les deux chapitres suivants portent sur le calcul des efforts dans les fondations superficielles et de leurs tassements ou gonflements : le chapitre 3 analyse les modifications des contraintes qui sont induites dans les fondations superficielles en béton armé par le gonflement non homogène du sol que provoque l'humidification du massif de sol à partir d'une source d'eau qui peut avoir une position quelconque par rapport à la structure. Le chapitre 4 étudie l'effet de la charge transmise par la fondation sur l'état des contraintes dans le sol et sur les déformations qui se développent en cas d'humidification, qui peuvent être des tassements ou des gonflements suivant les valeurs de la pression de gonflement et de la contrainte verticale dans le sol. Les deux derniers chapitres du mémoire décrivent une étude expérimentale de chargement de fondations superficielles sur des sols gonflants, réalisée dans la ville d'Ouarzazate : le chapitre 5 présente les résultats de l'étude en laboratoire et leur interprétation en termes d'effet de la teneur en eau sur les déformations, la perméabilité et la résistance des sols à deux niveaux sous les fondations. Le chapitre 6 décrit l'expérimentation en vraie grandeur, donne les résultats des essais réalisés sur les quatre fondations superficielles à différents instants du processus d'humidification et de séchage du sol et les interprète à la lumière des résultats des essais de laboratoire et des formules de calcul développées dans les chapitres précédents.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude des phénomènes d'initiation et de propagation d'une fissure dans un matériau bitumineux. À l'aide d'un essai innovant développé au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, on reproduit les conditions d'initiation et de propagation d'une fissure confinée dans un film de bitume. Dans la première partie de ce travail de thèse, on aborde l'approche utilisée pour identifier les propriétés rhéologiques à l'aide du modèle de Maxwell généralisé. La détermination des séries de Prony passe par les méthodes d'optimisation linéaire et non-linéaire pour représenter précisément le module complexe du liant bitumineux dans le domaine fréquentiel. Ce comportement viscoélastique identifié est ensuite validé par l'essai de

Une des principales causes d'erreur en analyse semi-quantitative en imagerie par émission de positons (TEP) est la méthode utilisée pour déterminer les volumes d'intérêt sur les images fonctionnelles. Ceci concerne le diagnostic et le suivi thérapeutique en oncologie ainsi que la nouvelle application en plein développement qu'est la radiothérapie guidée par l'image. La faible qualité des images d'émission, liée notamment au bruit et au flou induits par les effets de volume partiels et la variabilité des protocoles d'acquisition et de reconstruction des images, ainsi que le grand nombre de procédures proposées pour définir les volumes, en sont la cause. La plupart des méthodes proposées jusqu'alors sont basées sur des seuillages déterministes, peu robustes au bruit et aux variations de contraste et incapables de gérer les hétérogénéités dans la distribution d'activité des tumeurs. L'objectif de cette thèse est de proposer une approche de segmentation des images 3D, automatique, robuste, précise et reproductible pour déterminer le volume fonctionnel des tumeurs de toutes tailles dont la distribution d'activité peut être très hétérogène. L'approche proposée est fondée sur la segmentation statistique des images, couplée à une modélisation floue, permettant de prendre en compte à la fois l'aspect bruité et l'aspect flou des images de médecine nucléaire. Elle fait appel à une étape d'estimation itérative des paramètres et une modélisation locale du voxel et de son voisinage pour l'estimation et la segmentation. Les méthodes développées ont été évaluées sur de nombreuses données simulées et réelles, tant pour des images de fantômes que pour des images de tumeurs. Les résultats sur fantôme ont permis de valider les performances de l'approche proposée en terme de taille d'objet d'intérêt, jusqu'à 13 mm de diamètre (environ deux fois la résolution spatiale en TEP), ainsi que de confirmer un comportement plus robuste par rapport au bruit, aux variations de contraste ou des paramètres d'acquisition et de reconstruction, que les méthodes de référence basées sur des seuillages. Les résultats obtenus sur différents ensemble de données d'images cliniques de tumeurs, fournies par différents services de médecine nucléaire dans le cadre de multiples collaborations, ont montré la capacité de l'approche à segmenter avec précision des tumeurs complexes, tant en terme de forme que de distribution d'activité, pour lesquelles les méthodes de référence échouent à produire des segmentation cohérentes. La méthode de segmentation développée est également capable de définir des régions d'intérêt au sein même de la tumeur grâce à sa gestion de l'hétérogénéité de l'activité de la tumeur, là où les méthodes de références sont strictement binaires. Les résultats concernant la robustesse et la précision de l'approche sur tumeurs amènent à penser que son utilisation peut être envisagée tant dans le cadre du diagnostic et du suivi thérapeutique, que pour la définition des volumes cibles en radiothérapie, avec le potentiel d'augmenter les doses délivrées aux tumeurs tout en réduisant dans le même temps les doses délivrées aux tissus sains et aux organes à risque environnants, conformément au principe de "dose painting". Des travaux pour évaluer l'impact effectif de la méthodologie dans le contexte de la radiothérapie ont commencé dans le cadre d'un projet ANR, avec un dépôt de brevet associé.

Le fil conducteur des travaux de recherches qui font l'objet de ce mémoire est le matériau « bois ». En effet, après des travaux de thèse liés à sa valorisation énergétique, mes recherches ce sont orientés sur la valorisation chimique de la biomasse en cherchant à extraire des substances extractibles à haute valeur ajoutée par une technique différentes de celles généralement adoptées que sont l'entraînement à la vapeur d'eau ou l'extraction au travers de solvants organiques. La technique développée est la détente instantanée contrôlée (DIC). Celle-ci permet de réduire la durée et la consommation énergétique et de s'affranchir, le plus souvent des étapes initiales de broyage et de séchage. La dernière partie traite de la mise au point d'un procédé de restauration et de préservation de bois archéologiques gorgés d'eau par une imprégnation à l'amidon suivie d'un traitement thermique puis un séchage. En effet, La problématique de la restauration - conservation des objets en bois gorgés d'eau est à la fois ambitieuse et délicate. La prise en compte de la qualité esthétique des objets, couplée à la stabilisation de forme et de dimension sont d'une exigence primordiale pour caractériser la réussite de tout procédé de traitement de conservation.

Utiliser l'ensemble des connaissances disponibles sur un procédé pour concevoir une loi de commande, tel est l'objectif de ce travail. Dans ce contexte, le choix d'un outil de représentation permettant d'intégrer dans un formalisme unique des informations de nature différente est essentiel. C'est donc tout naturellement que la dualité numérique/linguistique présente dans les systèmes flous à base de règles est exploitée pour réaliser un codage d'expertise dans un cadre numérique, autrement dit pour calculer avec les mots.<br /><br />La première partie de ce travail est dédiée au caractère numérique des systèmes flous. A travers le principe des équivalences modales, nous proposons une stratégie de construction d'un contrôleur flou permettant d'implanter de façon exacte des lois de commande linéaires de type PI, PD, PID ou encore par retour d'état. L'approche développée est ensuite étendue à l'apprentissage de systèmes flous à partir d'exemples, et ainsi à la modélisation floue. Enfin, la synthèse d'un contrôleur à partir d'un modèle flou du procédé est abordée selon une approche par linéarisation entrée-sortie ou encore à partir d'une structure de commande à modèle interne. Si ces travaux permettent d'intégrer aisément des informations numériques pour concevoir un contrôleur flou, la prise en compte de connaissances expertes reste délicate et fait l'objet de la deuxième partie de ce mémoire.<br /><br />A partir d'une typologie des systèmes flous, nous avons mis en évidence la possibilité d'implanter un contrôleur flou sous une forme purement symbolique. Dénotée SF4, cette mise en oeuvre des systèmes flous exploite des règles linguistiques et autorise une pondération de ces dernières. A ce titre, elle est tout particulièrement adaptée à la représentation des connaissances d'expert et est utilisée tout au long de cette deuxième partie. Outre leur caractère linguistique, les systèmes SF4 sont directement exploitables dans un contexte numérique puisqu'ils permettent d'implanter tout système flou de Sugeno à conclusions constantes, et donc plus particulièrement ceux engendrés via le principe des équivalences modales. Basés sur cette cohérence numérique/linguistique, divers schémas d'introduction de la connaissance experte sont ainsi proposés, allant d'une synthèse directe du contrôleur flou à une modification d'un correcteur numérique initial. Enfin, la distribution de la connaissance dans différents composants de la structure de commande est étudiée (capteurs, superviseur, régulateurs).<br /><br />Tout au long du mémoire, les diverses stratégies développées sont illustrées par le biais d'exemples tirés d'applications industrielles.

Cette thèse aborde le domaine de la prédiction des ouvrages en béton armé soumis à des charges dynamiques sévères de type impact. Elle s'intéresse plus particulièrement aux impacts d'avions sur les enceintes de confinement en béton armé. La modélisation de ces structures doit être capable de reproduire de manière fiable et efficace le comportement discontinu local ainsi que la réponse globale de l'ouvrage. Localement, la méthode des éléments discrets est utilisée pour représenter correctement les phénomènes discontinus. <br /><br />L'application de la méthode des éléments discrets sur des structures de grandes dimensions est limitée par le nombre d'éléments discrets nécessaires. Pour garder la qualité de prédiction locale et rendre cette méthode adaptée à l'échelle d'une structure, celle-ci est couplée à la méthode des éléments finis dans les parties qui ne sont pas soumises à d'importantes discontinuités. Cette approche couplée permet des gains de temps importants, tant pour la modélisation que la pour la simulation.<br /><br />Une partie importante de cette thèse concerne le développement et la validation du modèle éléments discrets de béton armé. Ce travail propose une optimisation du processus d'identification des paramètres locaux du modèle discret afin de le rendre plus prédictif en ce qui concerne le béton. Ensuite, une liaison particulière, entre éléments discrets d'acier et de béton, a été conçue pour la simulation du béton armé. Enfin, elle a été utilisée pour la simulation d'impacts sur des dalles en béton armé afin de confronter les résultats à des essais expérimentaux.<br /><br />La deuxième partie du travail de thèse traite de la méthode de couplage entre éléments discrets et éléments finis. Une méthode existante pour les éléments finis volumiques a été étendue aux éléments finis de type coque. Enfin, la méthode de couplage a été utilisée pour simuler un impact sur une structure de type enceinte de confinement.

Cette thèse est une contribution à la connaissance des impacts, quantitatifs et qualitatifs, liés à la déprise minière de la région d'Alès. Le travail a consisté en l'analyse et l'interprétation de données quantitatives et qualitatives des eaux d'émergences des anciennes mines de charbon du bassin alésien afin de connaître la composition chimique des eaux d'émergences et de l'expliquer. Pour cela, nous avons utilisé des Analyses en Composantes Principales (ACP), des diagrammes de Piper et de Schoeller-Berkalov sur l'ensemble des émergences. Dans un deuxième temps, nous avons réalisé une analyse de l'évolution temporelle des concentrations de chaque élément pour les émergences où les données sont disponibles. L'aspect quantitatif est étudié grâce à une synthèse des connaissances disponible sur le réservoir minier de Fontanes (géologie, répartition spatiale, données de pompage et de niveaux piézométriques).<br />Certaines émergences présentent une qualité qui rend impossible leur rejet direct dans l'environnement et il est important dans cette situation de bien définir la masse d'eau concernée. Pour cela, nous avons élaboré un modèle hydrodynamique par automates séquentiels. Il est appliqué aux anciens travaux de Rochebelle-St-Martin, aboutissant à la détermination des paramètres perméabilité et épaisseur du réservoir par reconstitution du niveau piézométrique du réservoir tout en tenant compte d'un pompage encore maintenu dans l'exploitation. Cette modélisation permet de mieux connaître les paramètres définissant l'aquifère minier dans la perspective d'exploiter cette réserve. Ces eaux de mines présentent une qualité médiocre. A partir d'une meilleure connaissance hydrodynamique du système, obtenue par la modélisation, il devient possible de proposer une valorisation de cette eau par utilisation de ses calories en géothermie connaissant la géométrie du réservoir minier. Les anciennes exploitations minières sont à nouveau source d'énergie.

Les enjeux en modélisation du climat sont énormes du fait de la forte demande sociétale, en particulier sur la quantification des incertitudes des projections climatiques régionales et leurs conséquences sur l'évaluation de la vulnérabilité de nos sociétés dans un contexte de réchauffement climatique. Du point de vue climatique, la région méditerranéenne constitue une zone de transition entre les climats semi-arides au sud et les climats tempérés au nord, sous l'influence des circulations synoptiques des latitudes moyennes et de la variabilité climatique tropicale. A petite échelle, l'orographie complexe de la région méditerranéenne est un acteur majeur de la perturbation de l'écoulement synoptique, à l'origine de la formation de structures de méso-échelle pouvant évoluer en systèmes météorologiques extrêmes à fort impact tels que tempêtes, précipitations intenses et crues. La contribution des processus de très fines échelles et leurs interactions non-linéaires avec les processus de la grande échelle rendent donc délicate la modélisation du climat et de l'environnement régional à fine échelle. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de mieux appréhender la nature et les effets des interactions d'échelles sur notre compréhension du climat régional méditerranéen et sur sa modélisation à fine échelle par approches dynamiques, statistiques et stochastiques.

La plupart des travaux en ordonnancement repose sur un modèle déterministe, peu adapté à la réalité de l'ordonnancement d'atelier. En effet, les ateliers de production sont soumis à un certain nombre d'incertitudes. C'est pourquoi l'ordonnancement sous incertitudes est un domaine en pleine expansion.<br /><br />D'autre part, l'humain n'est généralement pas pris en compte dans l'élaboration de la méthode d'ordonnancement. Pourtant, l'humain joue un rôle central dans le processus d'ordonnancement, et ses connaissances du terrain sont précieuses. C'est pourquoi nous pensons que des systèmes homme-machine efficaces sont nécessaires au bon fonctionnement des méthodes d'ordonnancement d'atelier.<br /><br />Pour cela, nous nous reposons sur l'ordonnancement de groupes. Cette méthode d'ordonnancement d'atelier comporte différents avantages pour notre recherche : c'est une méthode d'ordonnancement sous incertitudes et sa structure est facilement manipulable par l'humain. Nous étudions les systèmes homme-machine existant pour cette méthode d'ordonnancement. Nous proposons ensuite un nouveau système homme-machine, afin d'améliorer la coopération. Dans ce système, nous utilisons la qualité dans le meilleur des cas dans un ordonnancement de groupes. Comme ce thème n'est pas encore abordé dans la littérature, nous proposons des bornes inférieures, des heuristiques et une méthode exacte pour résoudre ce problème.

Les micro-organismes (bactéries, cyanobactéries, champignons, algues) peuvent se développer sur les matériaux de construction. Ils sont capables de dégrader les propriétés du matériau : de l'altération de l'aspect esthétique jusqu'à une réduction de sa durabilité. La biodétérioration est associée aux mécanismes chimiques, physiques et esthétiques. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la biodétérioration permettra de mieux lutter contre les dommages engendrés et à terme de prévenir le développement de ces micro-organismes.<br /><br />Le but de cette étude est de développer un test accéléré de laboratoire pour étudier la biodétérioration d'une matrice cimentaire par des champignons. L'étude de la biodétérioration nécessite une approche pluridisciplinaire. Dans un premier temps, ce travail a été abordé d'un point de vue purement « micro-organismes ». Cela a permis d'identifier et de définir les paramètres optimums de culture et croissance fongique. Dans un second temps, l'attention s'est portée sur la préparation d'une matrice cimentaire compatible avec le développement fongique. Enfin, les deux approches ont été combinées permettant l'étude de la croissance des micro-organismes sur le matériau.<br /><br />Le test développé a permis d'obtenir un développement fongique rapide sur des éprouvettes en ciment. Les résultats obtenus ont notamment mis en évidence le rôle fondamental joué par le pH de surface sur le développement microbien. Les résultats montrent qu'il ne peut y avoir de développement microbien sans un vieillissement préalable du matériau. D'un point de vue de la biodétérioration, le test développé a permis d'observer et de mettre en évidence la biodétérioration esthétique et physique principalement. Les résultats ont également montré la nécessité de ne pas se limiter aux observations au microscope pour étudier la biodétérioration. Bien que ces observations mettent en évidence la biodétérioration esthétique, elles sous-estiment l'étendue réelle de la colonisation microbienne. La coloration PAS révèle l'étendue de la colonisation microbienne sur et dans la matrice. De plus, les observations au MEB ont permis d'identifier des formes caractéristiques de bactéries, confirmant les observations au stéréomicroscope et après coloration.