La contamination de l'environnement aquatique par les éléments traces métalliques (ETM) est un des problèmes majeurs auxquels est confrontée la société actuelle. Ces métaux transitent dans la colonne d'eau avant de s'accumuler dans les sédiments où ils sont impliqués dans de nombreuses réactions biogéochimiques susceptibles de modifier plus ou moins fortement leur spéciation et donc leur (bio)disponibilité pour l'ensemble du réseau trophique. C'est au sein de ces problématiques centrées sur le devenir des ETM dans l'environnement aquatique que s'oriente ce travail de recherche. Inscrites dans le programme européen INTERREG-III Stardust, nos recherches ont été menées principalement dans trois sites d'études transfrontaliers franco-belge: l'Escaut, la Lys et !'Espierre. La distribution des ETM dans les sédiments des 3 sites a mis en évidence une forte contamination par le cadmium. Cependant, ces sédiments sont caractèrisés par un bon piégeage des ETM par les sulfures (principalement Cd, Cu, Pb et Zn) et dans une moindre mesure Ni et Co, plus labiles. Différents indices de qualité des sédiments et des eaux interstitielles ont ici été utilisés et ont montré que les sédiments de l'Espierre paraissaient peu toxiques en raison des fortes teneurs en AVS alors que les eaux interstitielles l'étaient davantage à cause d'une dureté relativement faible. D'autre part, la mise au point de DGT-AgI pour la mesure des sulfures a été mise en application et a permis de mettre en évidence l'effet saisonnier sur la production de sulfures dans les sédiments de la Mer du Nord. Parallèlement à ces recherches, le développement de microélectrodes d'or a finalement permis de suivre en continu dans la colonne d'eau, la concentration en Zn et Pb à des concentrations de l'ordre du ppb et des essais ont été réalisés directement dans le sédiment. / The pollution of aquatic ecosystems by trace metals (TM) is one of the major problems to which is faced our present society. These metals pass in transit through the water column and are finally trapped in sediments. From then on, they are involved in several biogeochemical reactions that likely modify more or less significantly their speciation and therefore their (bio)availability for the whole trophic chain. My researches are involved in this environmental topic and take part in the European Program INTERREG-III, Stardust. Three cross-border sites between France and Belgium have mainly been considered for this thesis: Scheldt, Lys and Spierre rivers. Trace metal analysis in the three sites sediments have pointed out high contamination by cadmium. However the metals (mainly Cd, Cu, Pb and Zn) are mostly trapped in the reduced sulphur pool in these sediments. Conversely, Co and Ni are less trapped in these sediments due to their higher availability. Several sediment and porewater quality indexes have been used and shown that Spierre sediments seem to have a low toxicity according to the high AVS concentrations whereas interstitial waters are more polluted because of the low water hardness. Furthermore, the DGT -AgI technique used for the determination of dissolved sulphides has been deployed successfully in the North Sea sediment core to emphasize the sëasonal effect on the sulphides production. ln the same way, our work on gold microelectrodes results finally in the monitoring on line of Zn and Pb concentration in Deùle river, and sorne preliminary measurements directly in the Deûle sediments.

Ce travail de thèse propose un modèle numérique complet pour l'écoulement transitoire des eaux souterraines dans les milieux poreux et fracturés et son application sur l’analyse de la stabilité des pentes sous l’effet d’une diminution du niveau de l’eau dans un réservoir. L’écouement de l’eau dans les milieux fracturés est complexe, en raison de la présence d'un grand nombre de fractures et de fortes variations dans les propriétés géométriques et hydrauliques de ces milieux.La thèse est organisée en six chapitres.Le premier chapitre pésente les problèmes abordés et les objectifs de la thèse. Le 2nd chapitre présente une synthèse des analyses numériques de l'écoulement dans les milieux fracturés et de ses effets sur la stabilité des pentes. Le 3ème chapitre présente le développment d’un modèle numérique d'écoulement transitoire saturé dans des milieux fracturés avec une surface libre en utilisant la méthode des éléments composites (CEM). Le 4ème chapitre présente un modèle numérique d'écoulement transitoire à saturation variable, dans les milieux fracturés à l'aide du CEM.Le 5ème chapitre présente une étude de la stabilité des pentes sous l’effet de variation des paramètres hydrauliques et de résistance des sols, et da géométrie des pentes.Le 6ème chapitre présente une étude paramétrique de l'influence des caractéristiques de fracture sur l'écoulement transitoire et la stabilité d’une pente soumise à des conditions de diminution. / This thesis presents a comprehensive numerical method for analyzing transient groundwater flow in porous and fractured media and its application to the analysis of the stability of soil and rock slopes subjected to transient groundwater flow induced by reservoir drawdown conditions. Compared to that of porous media, the analysis of flow in fractured media is relatively complex, due to the presence of a large number of fractures and strong variations in geometric and hydraulic properties.The thesis is organized in six chapters. Chapter 1 presents the issues to be addressed and the thesis objectives. Chapter 2 discusses basic theories related to the numerical analysis of groundwater flow in fractured media and its effects on slope stability.Chapter 3 develops the numerical model of transient, saturated flow in fractured media with a free surface using the composite element method (CEM). Chapter 4 presents the numerical model of transient, variably-saturated flow in fractured media using the CEM.Chapter 5 includes an investigation of the stability of homogeneous soil slopes under drawdown conditions, depending on the drawdown rate, hydraulic and strength parameters of soils, and slope geometry.The last chapter presents a parametric study on the influence of fracture characteristics on transient flow and stability of layered rock slope subjected to drawdown conditions.

Il est bien connu que les alliages à mémoire de forme (AMF) sont considérés comme une classe particulière de matériaux qui peuvent retrouver une forme préalablement définie par simple chauffage. Cette propriété remarquable, appelée effet mémoire de forme, peut être exploitée dans la conception d'applications originales afin de trouver les solutions intéressantes aux problèmes rencontrés dans divers champs industriels. Dans notre travail, nous proposons une loi constitutive tridimensionnelle thermomécanique adaptée aux alliages à mémoire de forme à base de fer. Elle tient compte de l'effet de la transformation martensitique et des mécanismes de glissement plastique et leurs interactions. La formulation adoptée est basée sur une description micromécanique simplifiée. La comparaison entre les forces motrices et les forces critiques d'activation des mécanismes mis en jeu nous ont permis de déterminer le type de comportement induit pour un niveau de chargement donné. Nous avons adopté le schéma implicite d'intégration de Newton-Raphson pour la résolution de ce système. Les résultats obtenus pour des chargements thermomécaniques sont comparés à ceux obtenus expérimentalement. / It is well known that Shape Memory Alloys (SMA) are a particular class of materials that can recover a memorized shape by simple heating. This remarkable property, called the Shape Memory Effect (SME), can be exploited in the design of original applications in order to find attractive solutions to problems encountered in various industrial fields. We propose a thermo-mechanical three-dimensional constitutive law adapted to Fe-based shape memory alloys. It takes into account the effect of the martensitic transformation and the plastic slip mechanisms and their interaction. The adopted formulation is based on a simplified micromechanical description. The macroscopic behaviour is derived by considering the equivalent homogeneous effect on a representative volume element. The Gibbs free energy expression is defined. Thermodynamic driving forces are then derived and compared to critical forces leading to the constitutive equations solved by Newton–Raphson numerical scheme. Obtained results for thermo-mechanical loadings are compared to experimental ones.

Les phénomènes de localisation de déformation et de coalescence de microfissures sont considérés comme les deux principaux précurseurs du processus de rupture des structures en matériaux cimentaires. Il est aujourd’hui largement reconnu que la rupture survient suivant les trois étapes successives que sont la nucléation des microfissures, la propagation des microfissures et leur coalescence à la présence d’une zone fortement localisée. La modélisation de ce processus de rupture présente un travail complexe et délicat. Cette thèse porte sur la modélisation multi-échelle de l’endommagement et de la rupture des matériaux cimentaires sous sollicitation hygrométrique avec des effets d’agrégat. Les travaux présentés dans cette thèse visent à décrire le comportement mécanique et le processus de rupture des matériaux cimentaires en prenant en compte des effets d’agrégats à une échelle mésoscopique. La pâte cimentaire sera considérée comme un milieu homogène qui sera décrit par un modèle de comportement élastoplastique homogénéisé, permettant de prendre en compte la localisation de déformation et le processus de fissuration. Une approche numérique, à l’aide de la méthode XFEM, sera proposée afin de prendre en compte les effets des agrégats et des interfaces. / The phenomena of strain localization and coalescence of microcracks are regarded as two principle precursors of the rupture process structures in cementitious materials. It is now widely recognized that the rupture occurs following by three stages that are microcracks nucleation, the propagation of microcracks and their coalescence in a highly localized area. The modeling of this process of rupture presents a complex and delicate work. This thesis focuses on the multi-scale modeling of damage and fracture of cementitious materials under hydrometric solicitation with effects of aggregates. The work presented in this thesis aims to describe the mechanical behavior and the rupture process of cementitious materials taking into account the effects of aggregates at mesoscopic scale. The cement paste is considered as a homogeneous medium which is described by an elastoplastic homogenized model, which takes into account the strain localization and cracking process. A numerical approach by using the extended finite element method(XFEM) will be proposed to take into account the effects of aggregates and interfaces.

Le calcul d'une dalle bidirectionnelle est un processus long et complexe demandant une certaine expérience. La norme CSA A23.3-04 suggère deux méthodes : la méthode directe et la méthode du portique équivalent. La première est efficace pour certaines géométries (CSA A23.3-04 art.) tandis que la deuxième permet de couvrir pratiquement toutes les géométries. Cette dernière consiste à analyser des portiques 2D, représentant chacun une section de la dalle, dans lesquels l'inertie des poteaux est réduite par un certain facteur. Le calcul de ce facteur peut se faire de deux façons, soit en calculant la rigidité équivalente du poteau ou en utilisant les formules 13-21 et 13-22 de la norme. Toutefois, la validité de ces deux dernières équations est remise en question dans la littérature. D'où l'importance d'effectuer une optimisation de ces équations afin d'assurer l'intégrité structurale des ouvrages en béton armé. Cette optimisation est possible grâce à la disponibilité de plusieurs logiciels offrant les analyses par éléments finis tels que SAFE et SAP2000. Ces logiciels permettent d'analyser rapidement et efficacement un grand nombre de géométries différentes. Les géométries qui sont étudiées dans la présente recherche se concentrent autour de trois grandes catégories de dalles, soit : les dalles pleines sur poteaux, les dalles avec poutres de rive et les dalles avec poutres entre tous les appuis. Des variations au niveau des portées ainsi que des dimensions des poteaux sont effectuées afin de couvrir le plus de cas possible. Des analyses statistiques de type 2k ainsi que des analyses paramétriques orientées grâce aux résultats des analyses statistiques sont réalisées pour chacune des trois catégories. Les résultats sont ensuite combinés pour obtenir des équations améliorées. En bref, ces équations améliorées permettent de diminuer les écarts entre les valeurs calculées et les valeurs obtenues avec la méthode de la rigidité équivalente. Ainsi, les ingénieurs ont à leur disposition une méthode davantage précise, efficace et rapide.

Cette thèse porte sur l'étude de l'écoulement et du transfert thermique de polymère dans les deux procédés de rotomoulage: rotomoulage réactif et rotomoulage de poudres thermoplastiques. L'écoulement du polymère réactif au cours du rotomoulage a été modélisé par l'écoulement d'un fluide réactif à surface libre sous gravité à l'intérieur d'un cylindre horizontal en rotation autour de son axe principal. Dans ce cas, la méthode lagrangienne ''Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)'' a été appliquée en utilisant une expression adaptée de la viscosité variable du polymère réactif. À l'état de poudre, l'écoulement et le transfert thermique de polymère au cours du rotomoulage des poudres thermoplastiques a été modélisés en utilisant un code de calcul basé sur la ''Méthode des Éléments Discrets (DEM)''. Les régimes d'écoulement, la ségrégation, le mélange et le transfert thermique des poudres dans un moule en rotation ont été simulés. Chaque fois que cela était possible des résultats des modèles ont été validés expérimentalement avec succès. / This Ph.D research work is about the study of polymer flow and heat transfer in both processes of rotational molding: reactive rotational molding and rotational molding of thermoplastic powders. The flow of the reactive polymer in the reactive rotational molding was modeled by a free surface flow under gravity inside a horizontal rotating cylinder. The meshless and lagrangian method ''Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)'' was applied to simulate the flow by using an adapted variable viscosity expression. In powder state, the flow and heat transfer of polymer during rotational molding of thermoplastic powders are modeled using a solver based on the ''Discrete Element Method (DEM)''. In which, the flow regime, the segregation, the mixture and the heat transfer of polymer powders inside a horizontal rotating cylinder was simulated. Results of the model have been validated experimentally with success.

Alentours de l'ancienne fonderie de Pb Metaleurop Nord, Miscanthus x giganteus a accumule peu de Pb et Cd dans ses organes aériens. Les expériences ont été menées pour évaluer la capacité de la plante à améliorer la fonctionnalité des sols contaminés, étudier les impacts à long terme des débris de feuilles massives sur le système sol-plante et déterminer les impacts des contaminants sur la santé de la plante en première et deuxième années de culture. Cinq sols été échantillonnés à différentes distances de la fonderie. Le plus loin est situé à 75 km. Trois cultivars été utilisés. Les résultats ont confirmé la tolérance des plantes aux métaux, et montré des effets positifs de la culture sur les activités biologiques du sol. Une tendance favorable été notée pour la teneur en carbone organique et la capacité d'échange de cations. L'incorporation de débris a conduit une évolution favorable de certains paramètres physicochimiques et biologiques. Sur une période de trois à six mois après l'addition, aucun effet n'a été observé sur l'extrabilité, la phytodisponiblité de Cd et Pb et la santé d'une culture modèle (raygrass). En outre, les résultats des biomarqueurs du stress de la première récolte démontré l'existence d'un stress oxydatif aux miscanthus cultivés sur le sol avec plus de 500 mg Pb kg-1. À la fin de la deuxième année, le stress oxydatif était plus présent et apparaissait sur les plantes dans le sol avec plus de 200 mg Pb kg-1. Cela s'explique par les contraintes des conditions expérimentales (la culture dans les conteneurs souligner les interactions entre les métaux et le système racinaire). Enfin, aucune différence n'a été observée entre les cultivars étudiés. / In the vicinity of the former lead smelter Metaleurop Nord, Miscanthus x giganteus been shown to accumulate little lead and cadmium in its aerial organs. Pot experiments were led to assess the plant ability to ameliorate the functionality of metal contaminated soils, study the long-term impacts of massive leaf debris on the soil-plant system and determine the contaminants impacts on miscanthus health in the first and second cultivation years. Five soils were sampled at different distances from the foundry. The furthest is located 75 km away. Three miscanthus cultivars were used. Results confirmed the plant tolerance to metals. They showed positive effects of culture on the soil biological activities. Favorable trend was noted for organic carbon content and cation exchange capacity. The foliar debris incorporation in soil led to favorable evolution of certain physicochemical and biological parameters. Over a period of three to six months after the debris addition, no effect was observed on the extractability, phytoavailability of Cd and Pb, and health of a model culture, ryegrass. Moreover, the stress biomarkers results obtained during the first harvest demonstrated the existence of oxidative stress in miscanthus grown on soil with more than 500 mg Pb kg-1. At the end of the second year, oxidative stress was markedly more present and appeared on plants obtained on soil with more than 200 mg Pb kg-1. This is explained by constraints resulting from the experimental conditions (cultivation in containers emphasizes the interactions between the metallic elements and the root system). Lastly, no significant difference was observed between the cultivars studied.

Notre travail porte sur l’étude de la contamination, de la spéciation et de la biodisponibilité des éléments traces métalliques (ETM) dans les eaux et sédiments côtiers et fluviaux au Sénégal. Il a été mené dans différents sites de la côte de Dakar et de l’estuaire de Saint Louis. Une contamination plus importante de la colonne d’eau dans l’estuaire a été mise en évidence pour Co, Cr, Ni, Pb et Zn. Il a été noté que dans la colonne d’eau, les ETM ont tendance à s’accumuler sur les matières en suspension et la fraction labile est contrôlée par les chlorures dans la côte et le carbone organique dans l’estuaire. Ce travail a également évalué le niveau de pollution des sédiments et de leur toxicité potentielle par la détermination de divers indices. Une toxicité potentielle des sédiments sur les organismes aquatiques qui dépend de la variabilité saisonnière a été mise en évidence dans certains sites de la côte et de l’estuaire. D’un point de vue écotoxicolgique, les teneurs en Cd, Cr, Cu et Pb sont supérieures à la concentration seuil à partir de laquelle des effets biologiques sont prévisibles. Ces ETM peuvent être relargués dans la colonne d’eau lors d’une remise en suspension des sédiments par la marée, crue ou dragage ce qui augmente le risque pour l’écosystème aquatique. C’est ainsi que ce travail s’est intéressé au comportement des métaux lors de ces phénomènes. Les résultats ont montré que Pb, Zn, Cu et Cd sont très mobilisables et que leur mobilité est fortement liée à leur spéciation et leur biodisponibilité. Le suivi mené sur le terrain a montré que les essais de remobilisation permettent d’avoir une idée sur la capacité des sédiments à pouvoir relarguer les ETM. / The objective of this study was to assess the trace metals contamination level, chemical speciation, bioavailability and toxicity in sediments and water column from Dakar coast and Saint Louis estuary in Senegal. For water column, the results show that the pollution of the estuary was more serious than in Dakar coast for Co, Cr, Ni, Pb and Zn; while, Cd and Cu were higher in Dakar coast. A strong affinity between metals and suspended particles has been revealed and the mobility of trace metals in estuary is controlled by dissolved organic carbon, while in coast it depends on chlorides. This study has assessed the metals trace contamination level in sediments and to examine their bioavailability and toxicity. Toxicity indexes are exceeded one in several sites suggesting the potential effects on sediment-dwelling organisms. However, seasonal variability of metal bioavailability was noted, revealing the best period to monitor metal contamination. From an ecotoxicological point of view, concentrations of Cd, Cr, Cu and Pb were above the effects range low (ERL) threshold limit of the sediment quality guidelines for adverse biological effects. The accumulated trace metals in sediment can be released into the water column due to sediments resuspension caused by tide, flood effects or dredging activities which increases the risk to aquatic ecosystem. Thus, this work is interested in the behavior of metals during these phenomena. The results showed an important mobility of Pb, Zn, Cu and Cd and their mobility is strongly correlated to their speciation and bioavailability.

L'agglomération des fines entraîne une augmentation importante de la demande en eau des mélanges cimentaires et constitue un frein à la valorisation des sous-produits contenant des proportions élevées de fines. Une modélisation discrète de la microstructure des agglomérats de fines particules est développée. Le modèle intègre les forces de contact avec prise en compte du frottement et du roulement, les forces physico-chimiques et les forces hydrodynamiques calculées avec l'approximation de drainage libre. Le processus d'agglomération, de fragmentation et de restructuration sous cisaillement d'agglomérats fractals de fines particules minérales est étudié en vue de quantifier l'eau immobilisée dans les flocs. Un agglomérat initial isolé et lâche est soumis à un taux de cisaillement constant. Lorsque les forces hydrodynamiques sont prépondérantes par rapport aux forces de cohésion, l'agglomérat mère se fragmente en agglomérats secondaires jusqu'à atteindre un état stationnaire, où le nombre, la taille et la structure des flocs peuvent être considérés comme constants. L'influence du gradient de vitesse, du contexte physico-chimique, de la taille et de la polydispersité des particules sur les caractéristiques microstructurales des flocs à l'équilibre est étudiée. Il est montré que le comportement d'une suspension diluée monodisperse peut être décrit par un unique nombre adimensionnel faisant intervenir la force de cohésion maximale, la taille des particules et le gradient de vitesse. / The agglomeration of fines leads to a significant increase in water demand of cement mixtures and hinders the valorization of by-products containing high fines proportions. A discrete modeling of the microstructure of fine particles agglomerates is developed. The model takes into account contact forces, physico-chemical, and hydrodynamic forces computed with the free draining approximation. The agglomeration, fragmentation and restructuring process of fractal agglomerates of fine mineral particles under shear is studied to quantify the entrapped water in the flocs. A loose initial agglomerate isolated is submitted to a constant shear rate. When the hydrodynamic forces predominate over the adhesive forces, the parent agglomerate is broken up into secondary agglomerates until reaching a steady state, where the number, size and structure of flocs can be considered constant. The influence of the velocity gradient, the physico-chemical context, particles size and their polydispersity on the microstructural characteristics of flocs at steady state is studied. It is shown that the behavior of a monodisperse dilute suspensions can be described by a dimensionless single number involving maximum cohesion force, particle size and velocity gradient.

Les éléments transposables (TEs) sont des séquences d'ADN répétées dispersées pouvant se propager au sein d'un génome hôte. Selon l'hypothèse du choc génomique proposée par McClintock en 1984, l'hybridation de deux espèces constituerait une source de stress pouvant perturber les mécanismes de contrôles des TEs et causer leur activation. Bien que de récentes études réalisées chez la levure, un champignon modèle, aient montré que les TEs ne se transposent pas davantage dans un génome hybride, les TEs pourraient tout de même montrer des signes de dérégulation au niveau moléculaire. L'objectif de ce projet de maîtrise est donc de déterminer si l'expression globale des familles de TEs est plus élevée chez les hybrides que chez leurs espèces parentales. À partir de données de séquençage d'ARN d'hybrides de levures du genre Saccharomyces disponibles publiquement, nous avons effectué une analyse d'expression différentielle de leurs TEs. Nos analyses des niveaux d'ARNm montrent que les TEs ne sont généralement pas différentiellement exprimés chez les hybrides, même si ces derniers sont exposés à une condition de stress de basse température. Seulement 2 familles de TEs sur 26 montrent une expression significativement supérieure chez les hybrides. Globalement, nos résultats ne soutiennent pas l'hypothèse que l'hybridation pourrait déclencher systématiquement l'expression des TEs chez la levure et suggèrent que l'impact de l'hybridation sur l'activité des TEs est spécifique à chaque souche et TE. / Transposable elements (TEs) are dispersed repeated DNA sequences that can propagate within a host genome. According to the genomic shock hypothesis proposed by McClintock in 1984, the hybridization of two species constitutes a source of stress that could disrupt the control mechanisms of TEs and cause their activation. Although recent studies in yeast, a model fungus, have shown that TEs do not transpose more in a hybrid genome, TEs could still show signs of deregulation at the molecular level. The objective of this master's project is therefore to determine whether the overall expression of TE families is higher in hybrids than in their parental species. Using publicly available RNA sequencing data from yeast hybrids of the genus Saccharomyces, we performed a differential expression analysis of their TEs. Our analyses of mRNA levels show that TEs are generally not differentially expressed in hybrids, even when exposed to a low temperature stress. Only 2 TEs families out of 26 show significantly higher expression in hybrids. Overall, our results do not support the hypothesis that hybridization systematically triggers TEs expression in yeast and suggest that the impact of hybridization on TEs activity is strain and TE specific.