Cette étude vise à décrire le rôle de l’héritage et de la segmentation associés au rifting pour la réactivation ainsi qu’à étudier l’importance de l’asymétrie tectonique sur l’évolution thermique syn-rift, en utilisant le système pyrénéo-cantabrique comme laboratoire naturel. L’étude de la jonction entre les segments pyrénéen et cantabrique infirme l’hypothèse d’une faille transformante de Pampelune et met en évidence une zone d’accommodation où les segments de rifts se propagent au nord et au sud des massifs basques, associée à une direction d’extension nord-sud. Lors de la convergence, cette segmentation et le niveau de découplage associé aux évaporites triasiques contrôlent fortement la réactivation ainsi que l’architecture orogénique locale. Enfin, cette étude démontre que l’asymétrie lors de l’hyper-étirement est associée à une évolution thermique asymétrique et diachrone, et souligne l’importance de l’évolution tectonique pour l’architecture thermique. / This study aims to describe the role of rift-inheritance and segmentation for reactivation and to investigate the influence of asymmetric rifting on the syn-rift thermal evolution, using the Pyrenean-Cantabrian system as a natural laboratory. The study of the Pyrenean-Cantabrian junction discards the existence of a Pamplona transform fault between the two rift segments and argues for an accommodation zone where rift segments overlap north and south of the Basque massifs in relation with north-south direction of extension. During convergence, rift segmentation and the Triassic evaporite decoupling horizon controlled the reactivation and the local orogenic architecture. Finally, this study shows that asymmetric hyperextension is associated with asymmetric and diachronous thermal evolution, and highlights the importance of understanding the tectonic evolution to define the thermal architecture.

Les étoiles à neutrons sont le résidu d'étoiles massives et sont formées lors de la supernova qui marque de la fin de leur vie. Avec un rayon d'une dizaine de kilomètres pour une masse de une à deux fois celle du Soleil, elles sont des corps très denses et relativistes, supportés par l'interaction forte. Cette thèse traite de la modélisation théorique de trois aspects de la dynamique et de l'évolution des étoiles à neutrons : l'évolution thermique des étoiles à neutrons isolées et de celles accrétant de la matière d'une étoile compagnon, l'influence des propriétés élastiques de leurs parties solides sur la rotation des étoiles à neutrons isolées et l'évolution de la rotation des étoiles à neutrons accrétantes. La confrontation avec les observations permet de sonder les propriétés de la matière à haute densité.

L'évolution de certains corps planétaires fait intervenir de manière couplée la dynamique interne et la dynamique de rotation. La convection solide, qui façonne le champ de température et donc la rhéologie visqueuse, contrôle la dissipation visqueuse du forçage de marée qui intervient sur l'évolution de l'orbite et la période de rotation. En retour, la dissipation de marée induit une composante de chauffage pour l'évolution thermique. A travers l'étude de trois corps, Mercure, Mars et Japet, je montre l'intérêt de cette formulation couplée de l'évolution. La dissipation de marée a joué un rôle important dans les premiers temps de l'évolution de Mercure (contribution au budget de chaleur, ralentissement de la rotation). L'étude couplée indique que l'orientation des escarpements lobés observés à la surface de Mercure peut être héritée de cette interaction. L'évolution du noyau issue de cette étude préserve une partie liquide à l'heure actuelle qui autorise une origine comparable à la dynamo terrestre pour le champ magnétique de Mercure. La différence importante entre les rayons équatorial et polaire de Japet peut être comprise comme une forme fossile héritée d'une époque où la période de rotation fut plus rapide et l'intérieur plus chaud. Ce scénario n'est possible que si les éléments radioactifs abondent dans les premiers instants de l'évolution de Japet. Mars ne présente en revanche aucune interaction de marée notable mais l'influence de la dynamique interne sur l'orientation de la rotation est invoquée pour expliquer les positions relatives du dôme de Tharsis et de la dichotomie hémisphérique. J'introduis un formalisme qui permet de mieux tester cette hypothèse.

Le procédé de soudage TIG est actuellement le plus utilisé dans l’industrie aéronautique du fait de la qualité des joints de soudure qu’il permet d’obtenir et de sa simplicité d’automatisation. Une opération de soudage provoque des gradients thermiques dus au passage de la source de chaleur sur la pièce qui induisent des déformations et des contraintes résiduelles pouvant impacter la durée de vie de l’assemblage. Ce travail vise à mettre en place un modèle de simulation de ce procédé dans le but d’optimiser les paramètres opératoires.Avant d’envisager un couplage thermomécanique, il convient de représenter convenablement les transferts thermiques au cours du soudage et en particulier l’apport de chaleur lié au procédé. Dans cette étude, on propose une source de chaleur prédictive simplifiée représentative des paramètres opératoires qui permet en particulier d’estimer les dimensions caractéristiques du cordon de soudure et de traduire fidèlement l’évolution thermique dans la pièce. Cette source est définie par un flux de chaleur homogène dépendant d’une puissance P, réparti sur un disque de rayon R, ces 2 paramètres numériques étant liés aux principaux paramètres opératoires de soudage que sont l’intensité I et la hauteur d’arc h.Une campagne d’essais expérimentaux dans laquelle on étudie les variations des dimensions de la Zone Fondue (ZF) pour des cas non pénétrants et pénétrants en fonction des paramètres opératoires (I, h) est présentée. Pour chaque essai, un couple de paramètres d’entrée de la source de chaleur (P, R) permettant de reproduire les dimensions du bain fondu est identifié. La confrontation des résultats obtenus numériquement et expérimentalement permet de mettre en place des relations entre les paramètres opératoires de soudage (I, h) et les paramètres numériques (P, R) conférant un caractère prédictif à la source de chaleur. Ce modèle de source a été validé pour différentes configurations de soudage en termes d’épaisseurs de tôles, de matériaux à assembler, de vitesses d’avance de la torche, ...Notre modèle thermique a ensuite servi de base pour la simulation thermomécanique du procédé. Le modèle est appliqué à l’assemblage de deux composants d’un turbomoteur en superalliage base Nickel. / Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) is the most widely used welding process in aeronautics, due to its weld quality. During a welding operation, the thermal source induces thermal gradients causing strains and stresses that could affect assembly’s life duration. The aim of this study is to develop a numerical model of the welding process in order to get optimized process parameters.Before coupling thermal and mechanical phenomena, we must modelize heat transfers during welding. We propose a simplified heat source linked to the process parameters which enables to predict the main dimensions of the weld pool and the thermal evolution in the solid part. This source is defined by an homogeneous heat flux depending on a power P distributed in a R radius disk. These two parameters relate to process parameters, the arc height (h) and the current intensity I.Experiment tests was achieved to study the weld pool dimensions for both cases : incomplete penetration and full penetration weld. For each test, we identified the heat source parameters (P, R) which allow to obtain the experimental weld pool dimensions. The confrontation of numerical and experimental results enables to get links between the heat source parameters (P, R) and the welding parameters (I, h), producing a predictive heat source. The heat source reliability was verified taking into account several welding configurations with various superalloys sheet thickness, welding speed, materials.A coupled thermal-mechanical analysis, based on our thermal model, was applied to an industrial case: a nickel based superalloy components assembly of a gas turbine.

Le couplage entre la tectonique des plaques et la convection mantellique est généralement étudié avec des modèles numériques dans lesquels le nombre de plaques est fixé a priori. Nous présentons ici un nouvel outil : le modèle MACMA (MAnteau Convectif Multi-Agents) simule une tectonique variable dans le temps, avec des frontières de plaques mobiles dans une géométrie cylindrique 2D. Les vitesses de plaques sont calculées à partir d'un bilan de forces individuel et des mécanismes explicites sont utilisés pour simuler la dynamique des frontières de plaques, décrivant en particulier l'initiation des subductions, la migration des fosses de subduction, la rupture de lithosphère continentale (ouverture d'un océan) et la suture de plaques. La géométrie et l'état thermique du système sont ainsi mis à jour à chaque pas de temps. Dans notre modèle, le nombre de plaques tectoniques émerge donc naturellement de leur interaction. Cette approche est basée sur des systèmes multi-agents en interaction thermique et mécanique. Notre modèle met en jeu quatre types d'agents : cellules de convection, plaques lithosphériques, continents et frontières de plaques. Ces agents collectent des informations dans leur environnement pour prendre des décisions en fonction de règles de comportement incorporées dans le modèle géophysique. Le développement de cette méthode présente deux objectifs : (1) examiner dans quelle mesure des lois de comportement analytiques et empiriques peuvent affecter la dynamique des plaques, et (2) évaluer l'impact des mécanismes de surface de la tectonique des plaques sur l'évolution thermique du manteau. Nous obtenons des prédictions des forces motrices et des vitesses de plaques de la tectonique qui sont en bon accord avec les observations. De plus, notre modèle met en évidence le rôle clé joué par la distribution des âges du plancher océanique sur les fluctuations de flux de chaleur à la surface du manteau, soulignant ainsi l'importance des changements structurels à l'échelle locale (par exemple, la création d'une nouvelle dorsale océanique). D'autre part, en utilisant dans nos simulations les estimations courantes de la température et de la viscosité du manteau, la configuration actuelle des plaques correspond à une phase de décroissance du flux de chaleur, corroborant ainsi le comportement thermique déduit des reconstructions tectoniques récentes. Sur le long terme, l'histoire thermique terrestre est généralement étudiée à partir de lois d'échelle reliant le flux de chaleur surfacique à la température et à la viscosité du manteau convectif. Cependant, une telle paramétrisation du flux conduit à une divergence de la température dans le passé, quand elle est utilisée dans le bilan thermique global de la planète pour calculer l'état thermique de la Terre en remontant le temps à partir de la valeur actuelle de flux de surface. Afin d'étudier le taux de refroidissement de la Terre en utilisant des processus tectoniques explicites, nous avons mis à profit le faible temps de calcul du modèle MACMA pour étudier l'effet d'un large panel de paramètres physiques sur l'évolution thermique à long terme du système. Pour des paramètres terrestres, un taux de refroidissement moyen de 60 K par milliard d'années est obtenu sur 3 Ga, ce qui respecte les contraintes pétrologiques et rhéologiques dont disposent les géologues, sans pour autant invoquer une tectonique plus lente dans le passé, comme cela est souvent fait pour éviter la catastrophe thermique obtenue par les méthodes classiques de paramétrisation. Deux échelles de temps apparaissent donc dans l'évolution du flux de chaleur : une décroissance monotone sur le long terme (plusieurs milliards d'années) et des fluctuations de forte amplitude à court terme dues aux réarrangements structurels de la tectonique des plaques. Nous montrons que la viscosité du manteau n'est pas un paramètre clé de l'évolution thermique du système. Le taux de refroidissement de la planète dépend principalement de sa capacité à remplacer du plancher océanique vieux et isolant par une lithosphère jeune donc fine. Ainsi, les principaux paramètres de contrôle sont liés aux processus de surface, tels que le seuil de rupture continentale et l'âge critique d'initiation des subductions. Nous déduisons de cette étude que la convection mantellique seule ne peut rendre compte de la complexité du refroidissement du manteau à différentes échelles de temps, et que ce sont les processus tectoniques de surface qui contrôlent l'évolution thermique de la Terre.

Le bassin de Jaca (Pyrénées espagnoles) est un exemple classique de bassins d’avant pays, où les grandes lignes du remplissage sédimentaire, ainsi que la chronologie des failles ont été très étudiées. Il reste toutefois à mieux comprendre la paléo-hydrologie et l’histoire thermique du bassin, de manière à proposer un modèle de circulation des fluides pendant sa mise en place et sa déformation (Paléocène-Oligocène). Pour ce faire, ce travail propose d’analyser la répartition de la fracturation, d’étudier les conditions de formation des veines syn-tectoniques et de caractériser la maturité de la matière organique sur l’ensemble du paléobassin d’avant-pays de Jaca, des zones internes vers les zones externes.L’analyse pétrographique, géochimique et microthermométrique des veines montre que la grande majorité des fluides minéralisateurs sont à l’équilibre isotopique et thermique avec l’encaissant. Dans le détail, nous avons identifié 2 événements principaux de formation de veines dans la zone interne du bassin (Sierras Interiores), que nous proposons d’associer au fonctionnement des failles majeures dans le socle. Nous suggérons que les fluides circulent le long des niveaux de décollements et sont expulsés sur de courtes distances (< 10 km), au travers des réseaux de fractures, vers le bassin d’avant-pays. Le reste du bassin enregistre principalement des fluides locaux, parfois associés à l’infiltration d’eau météorique. L’analyse des températures d’enfouissement (50°C à 250°C), qui inclut des données de Δ47, montre une organisation N-S relativement homogène depuis les Sierras Interiores (fenêtre à gaz) jusqu’aux Sierras Exteriores (immature), avec des anomalies longitudinales marquées. Les modélisations thermiques 1D sur 9 puits virtuels suggèrent que les températures maximales vers les Sierras Interiores peuvent résulter d’un enfouissement sédimentaire, dont une grande partie est érodée actuellement. Nous proposons que ces parties érodées correspondent à des dépôts tardi-orogéniques conglomératiques déposés à proximité de la zone axiale. Les données suggèrent une répartition non homogène de ces dépôts selon un axe E-W, impliquant des transferts sédimentaires plus complexes qu’habituellement discutés. Au vu de nos résultats et des précédentes études, le modèle paléohydrologique et thermique du bassin de Jaca, et à plus grande échelle, de la chaîne plissée sud-pyrénéenne, est compartimenté à la fois dans l’espace et dans le temps, en lien avec à la propagation latérale et frontale de la déformation, qui contrôle l’ouverture du système. Le modèle paléohydrologique et thermique de la chaîne plissée sud-pyrénéenne constitue donc un potentiel analogue aux chaînes plissées dont le raccourcissement résulte d’une convergence oblique. / The Jaca basin (Spanish Pyrenees) is a classical example of a foreland basin, where the sedimentary filling and the calendar of thrust activation have been extensively studied. It remains to understand the paleohydrology and the thermal history of the basin, so as to provide a fluid flow model related to its formation and deformation (Paleoecene-Oligocene). To do this, this work proposes to analyze the distribution of fracturing, to study the conditions of formation of syn-tectonic veins and to characterize the maturity of organic matter throughout the Jaca foreland basin, from hinterland to external areas.Petrographical, geochemical and microthermometric analysis of veins show that the vast majority of mineralizing fluids are at the isotopic and thermal equilibrium with the host-rock. In detail, we identified two main events of vein precipitation in the inner part of the basin (Sierras Interiores), probably related to major basement thrust activations. We suggest that fluids flow along decollement levels and are expelled over short distances (<10 km), through fracture networks towards the foreland basin. The other part of the basin mainly record local fluids, sometimes associated with the infiltration of meteoric water. Analysis of burial temperatures (50 °C to 250 °C), which includes Δ47 data, shows a relatively homogeneous N-S organization from the Sierras Interiores (gas window) to Sierras Exteriores (immature), with strong longitudinal anomalies. Thermal 1D modelling of 9 virtual wells suggest that the maximum temperatures of Sierras Interiores result from sedimentary accumulation, whose a large amount is now eroded. We propose that this eroded thickness corresponds to late-orogenic conglomeratic deposits near the axial zone. The data suggest an inhomogeneous distribution of the deposits along an E-W axis, involving more complex sedimentary transfers than usually discussed. Given our results and previous studies, the paleohydrological and thermal model of the Jaca basin, and on a larger scale, of the South Pyrenean fold and thrust belt, is compartmentalized both in space and in time, in response to the propagation of and oblique deformational front, which controls the opening of the system. The paleohydrological and thermal model of the South Pyrenean fold and thrust belt is therefore a potential analogue to fold and thrust belt including shortening due to an oblique convergence.