Les principaux chenaux favorisant les écoulements fluides de subsurface dans les roches cristallines sont les microfissures. Elles drainent les fluides durant les processus hydrothermaux et peuvent être des réservoirs non négligeables de CH ou eau. De ce fait, leur présence est problématique sur un site potentiel de stockage de substances radioactives ce qui rend nécessaire leur analyse ainsi que celle des fissures fossiles. Par le passé, les études étaient surtout focalisées sur les systèmes de veines ou fractures ouvertes, failles et diaclases. Durant les 10 dernières années, d’avantage de travaux se sont focalises sur les microfissures cicatrisées ou ouvertes car elles apparaissent comme étant les témoins des principales circulations de fluides a l’instar des fractures macroscopiques. Dans les systèmes plutoniques et volcaniques altérés, la reconstruction des processus tectoniques et hydrothermaux associés est rendu difficile par le fait que les témoins sont souvent masqués par l’altération. Une nouvelle approche a été développée durant ces dernières années; elle est basée sur l’utilisation des plans d’Inclusions Fluides. La formation des plans d’IF est contrôlée par les événements tectoniques ce qui permet d’obtenir des relations entre processus d’altération, porosité de microfissures et tenseur de contraintes. Ce travail est focalisé sur la région des Monts Velence (partie Ouest du bassin des Carpates, Hongrie) qui ont un substratum composé de granites hercyniens et d’intrusions volcaniques andésitiques. Les circulations fluides hydrothermales y sont à l’origine d’une forte altération des granites et basaltes. Les différentes phases d’altérations hydrothermales Hercyniennes et Alpines sont parfaitement distinguables. Ce travail a pour objectif de caractériser les relations entre événements structuraux et processus hydrothermaux en utilisant la méthode des plans d’IF ; les données seront compilées pour en déduire la chronologie des événements hydrothermaux á différentes échelles. Ces travaux ont été complétés par des études minéralogiques et isotopiques (K-Ar datations, Pb, S isotope). L’ensemble des résultats a permis de reconstituer l’évolution des monts Velence. Cette approche s’est révélée très pertinente et pourra être étendue à d’autres problèmes de géologie économique, d’hydrogéologie et environnementaux. / The subject of this work is the analysis of the relationship between fracture systems on different scales in a relatively homogeneous granite body and the temporal and spatial relationship of hydrothermal fluid percolation of different ages which interacted with the granite body. The selected area is the Velence Mountains in Western Hungary, which was affected by both the Variscan and Alpean orogeny. Owing to their special geotectonical position, the Velence Mts. and its region was involved in the whole Alpine cycle from the rift phase until the collision. Selection of this area for studies is also supported by the occurrence of sufficient amount of large outcrops. Also, earlier studies by MOLNÁR et al. (1995); MOLNÁR (1996, 2004) proved that the granite was affected by several high temperature fluid flow events and that these fluid migration events are easily distinguishable by means of fluid inclusion studies. Understanding of fracture evolution in the frame of the tectonic history of the granite required field observations on fractures and tectonic phenomenon’s and characterization of their correlation with microfracture properties as well as more accurate knowledge of the age of alteration resulted from the fluid/rock interaction. Geochemistry, mineralogy and physical conditions of the fracture forming hydrothermal systems were also necessary to be determined. Therefore studies on clay mineralogy of altered zones, K-Ar radiometric age dating, as well as lead and sulphur isotope analysis have also been carried out in addition to the fluid inclusion studies. In the knowledge of these general characteristics, it was possible to describe and compare the macroscopic and microscopic features related to the main hydrothermal processes (Variscan and Alpean). On the basis of regional knowledge gained by studies mentioned, a small representative area was selected for detailed investigation. This work was also supported by the fractal analysis of the mineralised veins, and the correlation of the fractal properties with other mineralogical characters and structural parameters. Zsolt Benkó, PhD theses Reconstruction of multi-phase fluid flow history… Geometrical and statistical analysis of the fracture systems in different magnitudes also supported evaluation of the paleo-porosity of the granite. An important question of the work was – in addition to the how and when the fractures formed – how the hydrothermal and other old fractures influenced the formation of the current fracture network of the granite. The results of various analyses altogether facilitated the determination of age and geologic connections of some hydrothermal formations. Results also made it possible to correlate the tectonic evolution of the Velence Mts. in regional context. Beyond the new local and regional geological knowledge, the work also conveys new methodological approach for studies of fracture systems. This knowledge may be useful in the economic geology, reservoir geology, and hydrogeology or even in environmental geology.

L'approche Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) est une méthode de calcul pour simuler des écoulements fluides avec une méthode Lagrangienne de type suivi de particules. A l'inverse des méthodes Euleriennes, ce type d'approche ne nécessite pas de maillage. C'est là l'un des atouts majeurs de l'approche SPH puisqu'elle permet de s'affranchir des méthodes de suivi d'interfaces couramment utilisées dans les approches Euléeriennes (par exemple Volume-of-Fluid, Level-Set ou Front-Tracking). L'approche SPH est donc de plus en plus utilisée dans les domaines de l'hydro-ingénierie et de la géophysique notamment de part le traitement naturel des écoulements à surface libre dans la méthode SPH. Cependant, l'approche SPH n'est utilisée que depuis peu pour simuler des écoulements multiphasiques complexes et de nombreux problèmes restent en suspens, notamment concernant une formulation adéquate ou le micro-mélange aux interfaces. L'un des principaux enjeux de ces travaux de thèse est d'analyser de façon objective les différentes approches de type SPH existantes et d'évaluer leur capacité à simuler des écoulements multiphasiques complexes. Ainsi, la modélisation des phénomènes liés à la tension de surface a été réalisée et validée via l'utilisation de techniques de type Continuum Surface Force. Les phénomènes de convection naturelle ont quant à eux été modélisés grâce à une nouvelle formulation plus générale (non-Boussinesq). Une partie de ces travaux est dédiée à l'étude des problèmes de micro-mélange aux interfaces: les effets indésirables (notamment la fragmentation de l'interface) sont analysés et des solutions sont proposées. Une autre part de travail porte sur la modélisation des mouvements ascendants de bulles dans des liquides, avec l'inclusion des interactions entre bulles. Des simulations SPH ont été réalisées pour différents régimes d'écoulement, chacun d'eux correspondant à un ratio spécifique entre la tension de surface, la viscosité et la flottabilité. Les prédictions numériques de la topographie des bulles, de leur vitesse ainsi que de leur coefficient de trainée ont été validées. Pour ce faire, les résultats numériques ont été comparés non seulement aux données expérimentales de référence mais également à d'autres simulations numériques de bulles ascendantes. Dans ces travaux de thèse, une étude détaillée des concepts liés aux contraintes d'incompressibilité a été réalisée. Dans cet objectif, deux traitements différents ont été comparés: l'approche faiblement compressible (où une équation d'état adéquate est choisie) et l'approche incompressible (où une projection des champs de vitesse sur un espace sans divergence est réalisée de deux facons différentes). La pertinence de ces modèles pour des simulations d'écoulements multiphasiques est également évaluée. Les problèmes associés aux paramètres numériques sont discutés et un choix approprié de ces paramètres est proposé. Pour ce faire, de nombreux calculs de validation en deux et trois dimensions ont été réalisés. Enfin, une extension est proposée pour simuler les phénomènes liés à l'ébullition via une approche SPH. Ce sujet étant encore en friche, de nouvelles idées et schémas sont proposés pour le changement de phase liquide-vapeur dans l'approche SPH / Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a fully Lagrangian, particle based approach for fluid-flow simulations. One of its advantages over Eulerian techniques is no need of a numerical grid. Therefore, there is no necessity to handle the interface shape as it is done in Volume-of-Fluid, Lavel-Set or Front-Tracking methods. Thus, the SPH approach is increasingly used for hydro-engineering and geophysical applications involving free-surface flows where the natural treatment of evolving interfaces makes it an attractive method. However, for real-life multi-phase simulations this method has only started to be considered and many problems like a proper formulation or a spurious fragmentation of the interface remain to be solved. One of the aims of this work is to critically analyse the existing SPH variants and assess their suitability for complex multi-phase problems. For modelling the surface-tension phenomena the Continuum Surface Force (CSF) methods are validated and used. The natural convection phenomena are modeled using a new, more general formulation, beyond the Boussinesq approximation. A substantial part of the work is devoted to the problem of a spurious fragmentation of the interface (the micro-mixing of SPH particles). Its negative effects and possible remedies are extensively discussed and a new variant is proposed. Contrary to general opinion, it is proven that the micro-mixing is not only the problem of flows with neglegible surface tension. A significant part of this work is devoted to the modelling of bubbles rising through liquids, including bubble-bubble interactions. The SPH simulations were performed for several flow regimes corresponding to different relative importance of surface tension, viscosity and buoyancy effects. The predicted topological changes, bubble terminal velocity and drag coefficients were validated with respect to reference experimental data and compared to other numerical methods. In the work, fundamental concepts of assuring the incompressibility constraint in SPH are also recalled. An important part of work is a thorough comparison of two different incompressibility treatments: the weakly compressible approach, where a suitably chosen equation of state is used, and truly incompressible method (in two basic variants), where the velocity field is projected onto a divergence-free space. Their usefulness for multi-phase modelling is discussed. Problems associated with the numerical setup are investigated, and an optimal choice of the computational parameters is proposed and verified. For these purposes the study is supported by many two- and three-dimensional validation cases. In addition, the present work opens new perspectives to future simulations of boiling phenomena using the SPH method. First ideas and sketches for the implementation of the liquid-vapour phase change are presented

L'objectif de cette thèse est, d'une part l'analyse mathématique de la méthode de la frontière élargie (The Fat Boundary Method, F.B.M.), et d'autre part, son adaptation à la simulation numérique des écoulements fluides tridimensionnels incompressibles dans des géométries complexes (domaines perforés). Dans un premier temps, nous nous plaçons dans le cadre de problèmes elliptiques modèles de type Poisson ou Helmholtz posés dans un domaine perforé (typiquement un domaine parallélépipédique contenant des obstacles sphériques). En utilisant la F.B.M., le problème initial est remplacé par une résolution dans le domaine non perforé permettant l'utilisation d'un maillage cartésien, offrant ainsi un cadre approprié pour l'utilisation de solveurs rapides. Nous effectuons donc l'analyse mathématique de la F.B.M., notamment la convergence et l'estimation d'erreur dans ce cadre particulier. Les résultats théoriques ainsi obtenus sont également illustrés par des tests numériques. La deuxième partie est dédiée à l'application de ces outils pour la simulation numérique d'écoulements fluides incompressibles tridimensionnels. La stratégie adoptée consiste à discrétiser les équations de Navier-Stokes en combinant la F.B.M. (pour la discrétisation spatiale), un schéma de projection (pour la discrétisation temporelle) et la méthode des caractéristiques (pour le traitement du terme convectif). Nous présentons ainsi plusieurs simulations numériques tridimensionnelles correspondant aux écoulements fluides en présence d'obstacles fixes et mobiles (mouvements imposés).

La détermination du champ de pression dans un écoulement et/ou des efforts sur un profil en mouvement à partir de mesures de vitesses effectuées dans le milieu fluide est une problématique actuelle qui intéresse de nombreux domaines de recherche en mécanique des fluides. On pourrait citer en particulier, les systèmes de récupération d'énergie (éolienne, hydrolienne) ou bien les systèmes de contrôle optimal d'aubes de guidage de turbine, etc…Dans ce mémoire, nous apportons notre contribution à ce problème en proposant dans un premier temps, une méthode originale qui permet, à partir de champs de vitesses instationnaires obtenus par mesure optiques PIV, d'approcher ces champs dans l'ensemble du milieu (profil inclus) en utilisant la théorie des polynômes orthogonaux de Legendre. L'équation de Navier-Stokes permet alors d'obtenir des gradients de pression polynomiaux dans l'ensemble du milieu fluide et de pouvoir ainsi calculer le champ de pression dans l'écoulement et ensuite, en utilisant l'équation de bilan de mouvement dans un domaine de référence judicieusement choisi, de déterminer les efforts sur un profil mobile en oscillation. Cette méthode est alors validée sur un profil fixe à partir de données simulées numériquement et de données expérimentales.Dans un deuxième temps, après une série de mesures optiques PIV sur un profil NACA0015 soumis à différents types d'oscillations, nous appliquons la méthode décrite précédemment pour reconstruire les champs de pressions instationnaires et évaluer les efforts instantanées et moyens sur le profil. L'étude d'un certain nombres de plages de fréquences et d'amplitudes permet de comparer nos résultats, pour la recherche d'une meilleure efficacité. / The determination of the pressure field in a flow and/or forces on a moving profile from measurements of velocities carried out in the fluid is a current problem that is of interest to many domains of research in fluid mechanics like the energy recovery systems (wind, hydro) or the speed control of hydraulic turbines, etc…In this PhD thesis, we make a contribution to this problem by initially proposing an original method which allows us to approach unsteady velocity fields in the whole of the flow obtained by PIV optical measurements (including the profile) using Legendre's orthogonal polynomial theory. The Navier-Stokes equations then make it possible to obtain polynomial pressure gradients in the whole of the fluid and thus to be able to calculate the pressure field in the flow by using the momentum balance equation in a judiciously chosen reference range, to determine the forces on an oscillating mobile profile. This method is then validated on a fixed profile using numerically simulated data and experimental data.In a second step, from series of flow PIV measurements on a NACA0015 profile subjected to different types of oscillations, we apply the method described above to reconstruct the unsteady pressure fields and to evaluate the instantaneous and average forces on the profile. The study of a certain number of ranges of frequencies and amplitudes makes it possible to compare our results, in order to seek a better efficiency.

Dans ce travail nous nous intéressons à la résolution du problème d'évolution de Navier-Stokes incompressible totalement discrétisé en temps et en espace, en dimension deux par une méthode à deux grilles. Dans un premier temps, nous étendons la méthode à deux grilles, appliquée par V. Girault et J.-L. Lions au problème de Navier-Stokes instationnaire semi-discrétisé au problème de Navier-Stokes totalement discrétisé en temps (par un schéma d'ordre un) et en espace (par une méthode d'éléments finis d'ordre un). Dans la première étape, le problème non-linéaire est discrétisé en espace et en temps sur une grille grossière de pas d'espace H avec un pas de temps Delta t. Puis dans la deuxième étape, le problème, linéarisé autour de la vitesse u_H calculée à l'étape précédente, est discrétisé en espace sur une grille fine de pas d'espace h et le même pas de temps. L'idée de la méthode à deux grilles est que, sous des hypothèses adéquates, la contribution de u_H à l'erreur dans le terme non-linéaire en espace, est mesurée en norme L^2 en espace et en temps et a un ordre plus élevé que si elle était mesurée en norme H^1. Dans un deuxième temps, vu que le but est de gagner en ordre de convergence de l'erreur totale du schéma ainsi qu'en complexité nous étudions un schéma à deux grilles d'ordre deux en temps du problème totalement discrétisé en temps et en espace de Navier-Stokes. Nous présentons les résultats suivants: dans le cas de la résolution du schéma d'ordre un en temps, si h = H^2 = Delta t, alors l'erreur globale de l'algorithme à deux grilles est de l'ordre de h. Dans le cas du schéma d'ordre deux en temps, si h^2 = (Delta t)^2 = H^3, alors l'erreur globale de l'algorithme à deux grilles est de l'ordre de h^2: résultats identiques à ceux de la résolution directe du problème non-linéaire sur une grille fine.