L'objectif de ce travail est de comprendre le processus d'altération des calcaires oolithiques et d'estimer leur cinétique d'altération en fonction des conditions climatiques présentes en France. Pour y répondre, des cycles de vieillissement accéléré, basés sur les paramètres issus de l'étude bibliographique et sur les données de température et de précipitations réelles, ont été définis. Ensuite, des lots d'échantillons de deux calcaires oolithiques ont subis ces vieillissements. Les mesures réalisées pour déterminer l'endommagement ont été choisies en fonction de leurs caractéristiques métrologiques et de leur pertinence. Les résultats obtenus ont été comparés avec les mêmes mesures réalisées sur des calcaires altérés de façon naturelle prélevés sur site. Ainsi, les liens entre le processus d'altération des calcaires et les caractéristiques mécaniques, physiques et surtout microstructurales des calcaires ont été établis. Cette analyse a également abouti à des cinétiques d'altération. Les résultats ont été validés par l'étude d'un autre calcaire oolithique sous d'autres conditions climatiques. Enfin, l'influence de changements climatiques éventuels sur les cinétiques d'altération a été déterminée à l'aide d'un outil statistique / The objective of this work is to understand the weathering process of oolitic limestone and estimate their weathering kinetics under French climatic conditions. Accelerated ageing cycles, based on parameters deduced from a literature review and on temperature and precipitation data, have been defined. Then samples of two oolitic limestones have undergone these ageing. The measurements used to determine damage were chosen based on their metrological characteristics and their relevance. The results were compared with the same measurements performed on naturally weathered limestone. Thus, the relationships between the weathering process of oolitic limestone and their mechanical, physical and microstructural characteristics have been established. This analysis also led to weathering kinetics. The results were validated by the study of another oolitic limestone under different climatic conditions. Finally, the influence of a potential climate change on the weathering kinetics was determined using a statistical tool

Ce travail aborde les dynamiques géomorphologiques des bas-plateaux calcaires du Bassin parisien. Ces dynamiques géomorphologiques sont généralement étudiées à partir d'observations de surface avec l'étude des formes et des formations et la cartographie géomorphologique. Cependant, avec la disparition des sites d'extractions et des carrières, les affleurements se font rares, ce qui ne facilite pas l'interprétation des morphologies et des processus associés. Les chercheurs sont alors obligés de recourir à des procédés de reconnaissances lourds et coûteux comme l'instrumentation de géophysiques ou de profiter des sondages archéologiques. L'intérêt de cette contribution est de montrer l'apport de l'étude des carrières souterraines dans la compréhension des dynamiques géomorphologiques, hydrogéologiques et hydrologiques des bas plateaux tertiaires du Bassin parisien. La bibliographie fait souvent référence à des processus occultes, sous couverture, comme la crypto-corrosion, le soutirage ou l'hydrocompaction, difficilement observables en surface qui laissent souvent trop de place à l'interprétation. Le secteur de Reims, Laon, Soissons et Villers-Cotterêts est particulièrement intéressant car il regroupe plus de 400 carrières souterraines dans les calcaires lutétiens. Les héritages historiques y sont importants avec un patrimoine monumental très dense construit grâce aux géomatériaux calcaires locaux fournis par les carrières souterraines. / This work tackles the geomorphological dynamics of calcareous low-plateaus, in the Paris basin. These dynamics are usually studied from observations of surface, the study of shapes and superficial formations and geomorphological mapping. However, with the disappearance of sites and quarries, outcrops are scarce, which does not facilitate the interpretation of morphologies and associated processes. Researchers are forced to resort to methods of reconnaissance heavy and expensive, as instrumental geophysical or benefit of archaeological surveys. The value of this work is to show the contribution of the study of underground quarries in the understanding of geomorphological, hydrogeological and hydrological tertiary lowlands of the basin of Paris. The literature often refers to the process of hidden under cover as the crypto-corrosion, racking or hydrocompaction, easily observable on the surface or often leaving too much room for interpretation of fault outcrops. The area of Reims, Laon, Soissons and Villers-Cotterets is particularly interesting because it includes more than 400 underground quarries in the lutetian limestone. Historical legacies are important monuments with very dense built through geomaterials local limestone quarries provided by underground quarries.

Pour pré-identifier le fonctionnement d'un pilote de dénitrification au sein d'un aquifère karstifié, des investigations hydrodynamiques, hydrochimiques et biologiques ont été menées sur le Site Expérimental Hydrogéologique (SEH) de Poitiers. La caractérisation de la géométrie des écoulements par mesures de température conclut, en ambiant et en pompage, à l'existence de connexions préférentielles entre les plans karstiques. Malgré ces écoulements complexes, la connectivité entre les puits est élevée avec une restitution de soluté pouvant atteindre 90 %. La présence de bactéries dénitrifiantes hétérotrophes autochtones est vérifiée. Sans stimulation exogène, ces bactéries sont inactives au droit du SEH. Les contrastes de concentrations en nitrates s'expliqueraient alors par des processus de dilution entre masses d'eaux, l'écoulement divergent régional et les activités anthropiques dans la zone de recharge de la nappe. La stimulation des bactéries dénitrifiantes sur un pilote ex situ implanté sur le SEH permet de proposer des modèles homogénéisés de transport intégrant les effets de dénitrification en présence d'un biofilm. L'implantation du biofilm dans le milieu génère un système hétérogène à porosités multiples caractérisé par une forte variabilité des vitesses d'écoulement. Le modèle double continuum écoulement rapide vs. écoulement lent testé pour expliquer cette hétérogénéité semble le plus à même d'être transposé à l'hydrodynamique du SEH. Sur le pilote ex situ, la cinétique d'ordre 1 mimant la dénitrification est indépendante des conditions hydrodynamiques. Il importe maintenant de conduire l'expérience à l'échelle d'un doublet de puits pour valider ces résultats.

Ce mémoire aborde l'hydrogéologie de cette plaine de la Tunisie orientale sous les aspects : géomorphologique, climatique et geochimique.

Par sa grande extension, par les précipitations importantes qu'elle reçoit et le nombre d'oueds et de sources qu'elle alimente en période d'étiage, la dorsale calcaire constitue le plus important aquifere du Rif. L' étiage prononcé de ses exutoires et l'abondance d'avens, de grottes et de lapiaz, montrent que cet aquifere est de type karstique. La dorsale est formée de plusieurs unités charriées fortement altérées et même broyées localement. Ces unités appartiennent à plusieurs nappes de charriage définies à partir d'études stratigraphiques et tectoniques qui ont montré, outre des variations verticales ou horizontales de faciès, la complexité structurale de ce domaine. Celle-ci est marquée par l'existence de linéaments et la dispersion des unités d'une même nappe de charriage. Dans cette région très arrosée, la distribution des précipitations est très hétérogène à l' échelle mensuelle. Mais à l'échelle annuelle, elle obéit à la loi du gradient altimétrique. A l'aide de modèles mathématiques, certains termes du bilan hydrogéologique ont été estimés pour plusieurs nappes et bassins versants. Selon l'importance du débit des oueds et des sources, le sens privilégié d'écoulement des nappes a été déterminé et l'eau d'un certain nombre de celles-ci a été analysée. il a aussi été possible de classer les nappes, connaître leurs extensions horizontales et mettre en évidence certaines intercommunications hydrogéologiques. Ces résultats ont été confirmés par l'étude hydrodynamique des nappes. Celle-ci a prouvé en outre, l'extension du bassin hydrogéologique de certains oueds et la définition des zones d'alimentation des nappes au Sud de l'oued Lao. La combinaison de différentes méthodes d'études a permis ,de définir les différentes nappes aquifères, de déterminer les relations entre elles et de démontrer l'indépendance entre la position des unités tectoniques et la répartition des nappes aquifères. A partir de la définition du sens d'écoulement de ces nappes, les zones de sites potentiels pour l'implantation de forages ont été déterminées.

L'objectif de ce travail est de comprendre le processus d'altération des calcaires oolithiques et d'estimer leur cinétique d'altération en fonction des conditions climatiques présentes en France. Pour y répondre, des cycles de vieillissement accéléré, basés sur les paramètres issus de l'étude bibliographique et sur les données de température et de précipitations réelles, ont été définis. Ensuite, des lots d'échantillons de deux calcaires oolithiques ont subis ces vieillissements. Les mesures réalisées pour déterminer l'endommagement ont été choisies en fonction de leurs caractéristiques métrologiques et de leur pertinence. Les résultats obtenus ont été comparés avec les mêmes mesures réalisées sur des calcaires altérés de façon naturelle prélevés sur site. Ainsi, les liens entre le processus d'altération des calcaires et les caractéristiques mécaniques, physiques et surtout microstructurales des calcaires ont été établis. Cette analyse a également abouti à des cinétiques d'altération. Les résultats ont été validés par l'étude d'un autre calcaire oolithique sous d'autres conditions climatiques. Enfin, l'influence de changements climatiques éventuels sur les cinétiques d'altération a été déterminée à l'aide d'un outil statistique

Le lac Saint-Augustin (Québec) étant en état d’eutrophisation avancée, plusieurs options de traitement ont été évaluées à l’été 2009 lors d’un projet pilote de traitements in situ en enclos : (i) coagulation/floculation à l’alun, (ii) recouvrement actif des sédiments par une couche de calcaire, (iii) combinaison de ces deux traitements alun+calcaire, et (iv) enclos témoin. Les enclos Témoin et Alun ont atteint de hautes concentrations en phosphore soluble (0,58 à 1,05 mg/l). L’enclos Alun+Calcaire a montré une forte réduction en phosphore soluble par rapport au Témoin (83 à 90%), suivi par l’enclos Calcaire (65 à 76%). Les indices trophiques de Carlson montrent que l’enclos Alun+Calcaire a offert la meilleure performance avec des indices (49 à 81) près du lac (42 à 73). La forte présence des escargots Cipangopaludina chinensis dans les sédiments a pu jouer un rôle important comme agent de bioturbation, ce qui expliquerait l’hypereutrophie dans les enclos. / A pilot project has been conducted for the remediation of eutrophicated Saint-Augustin lake (Quebec) during the summer of 2009. The efficiency of several restoration techniques has been accessed during an in situ experiment in four isolated water enclosures: (i) alum coagulation/flocculation, (ii) active capping of sediments using limestone, (iii) combination of those methods (Alum+Limestone), and (iv) control enclosure. The control and alum enclosures reached high soluble P concentrations (0.58 to 1.05 mg/l). The Alum+Limestone enclosure presented the strongest reduction in P concentrations compared to the control enclosure (83 to 90%), followed by limestone only (65 to 76%). Carlson’s trophic status indices (TSI) calculations show the best option to be Alum+Limestone with TSI (49 to 81) closest to the lake (42 to 73). Infestation of the sediments by Cipangopaludina chinensis snails observed before experimentation might have served as a strong bioturbation agent, possibly explaining the hypereutrophic state of the enclosures.

Sur les Causses arides du Quercy (S.-O. de la France), de nombreuses mares ont été creusées dans la roche. Ces mares constituent les seules eaux superficielles de ce plateau calcaire où l'eau s'infiltre rapidement.<br />L'évolution naturelle des mares conduit à leur atterrissement et une étude comparative de trois mares à différents stades de comblement a montré l'évolution des paramètres abiotiques (température, concentration en oxygène dissous...) en fonction du niveau de comblement. Parallèlement, les mares varient en terme de richesse spécifique de la faune et de la flore. Chaque stade de comblement abrite une faune particulière et participe à la biodiversité globale de ces milieux et même de l'écosystème caussenard dans son ensemble.<br />Pour analyser ces milieux à une échelle supérieure, des échantillons ont été récoltés sur trente mares afin d'étudier les facteurs affectant la distribution de la faune dans un réseau de mares. Nous avons identifié 230 espèces d'invertébrés et 6 espèces de vertébrés. Les résultats ainsi obtenus ne permettent pas de dresser une typologie des mares ni de dégager des peuplements caractéristiques ou de réaliser une classification ascendante de ces milieux. Les mares entourées d'une matrice terrestre sont assimilables à des îles pour la faune aquatique.<br />C'est pourquoi nous avons choisi d'étudier plus précisément la distribution de cinq groupes ayant des capacités de dispersion différentes : Odonates, Coléoptères, Amphibiens, Mollusques et Oligochètes. La surface des mares affecte la distribution des Odonates. Le pourcentage de forêt autour des mares influence la distribution des<br />Amphibiens. Pour les Mollusques et les Oligochètes, les animaux à dispersion passive, les résultats indiquent que la distribution des espèces est similaire à une distribution au hasard. Pour les Coléoptères, la distribution des espèces n'est pas due au hasard mais nous n'avons pas pu mettre en évidence les facteurs explicatifs de cette distribution.<br />Nous avons utilisé la méthode de capture-marquage-recapture pour estimer le degré de lien de trois populations en patch d'Odonates. Nous avons montré que trois facteurs influencent la dispersion des Odonates : des facteurs abiotiques (conditions météorologiques), des différences inter spécifique (sensibilité aux conditions météorologiques, taille et comportement des espèces), des différences intra spécifiques (âge et sexe).<br />Ces travaux mettent en évidence le rôle des mares au niveau de la biodiversité, le rôle du réseau de mares et de l'évolution temporelle des paramètres dans le maintien de cette biodiversité. Les différents résultats obtenus sont discutés en vue de proposer une méthode de gestion rationnelle et durable de ces milieux.

Ce travail de recherche analyse l'influence de différentes natures de granulats sur le comportement thermo-hydro-mécanique du béton soumis à une température élevée. Dans la première partie, trois granulats (calcaire, silico-calcaire et siliceux) subissent des cycles de chauffage/refroidissement à 150°C, 300°C, 450°C, 600°C et 750°C. Les évolutions physico-chimiques, minéralogiques et microstructurales de ces granulats soumis à une température élevée sont analysées pour comprendre le processus d'instabilité. La deuxième partie est consacrée aux bétons réalisés avec les trois granulats analysés précédemment soumis à une température élevée. Nous déterminons l'évolution de la fissuration, des propriétés thermiques, physiques et mécaniques du béton en fonction des températures subies. Le comportement mécanique résiduel du béton varie selon la nature des granulats et l'influence de granulat dépend aussi de la compacité de la pâte cimentaire. La partie relative à la simulation d'un incendie dans un tunnel avec un bicouche roche/béton fabriqué au laboratoire permet d'analyser le comportement du béton et de la roche en s'intéressant aux transferts de chaleur dans les 2 matériaux au cours de l'exposition à une température élevée. / This research analyses the influence of different types of aggregates on the thermo-hydro-mechanical behavior of concrete subjected to high temperature. In the first part, three aggregates (calcareous, silico-calcareous and siliceous) undergo the heating/cooling cycles at a rate of 1°C/min to 150°C, 300°C, 450°C, 600°C and 750°C. The physico-chemical, mineralogical and microstructural evolutions of these aggregates subjected to high temperature are analysed to understand the instability's process. The second part of the experimental study is devoted to concrete made with three aggregates discussed above. We determine the evolution of the cracking, the thermal properties, the physical and mechanical properties of the concrete with the temperatures experienced. The residual mechanical behavior of concrete varies with the nature of aggregates and the influence of aggregate depends also on the compactness of the cement paste. The part relating to a simulation of a tunnel fire with a rock/concrete bilayer manufactured in the laboratory permits to analyse the behavior of concrete and rock by focusing on the heat transfer in the two materials during the exposure to high temperature.

La pierre monumentale subit au fil du temps des mécanismes de dégradation physiques, chimiques et biologiques qui détruisent l’épiderme des monuments et affectent la structure porteuse et sa stabilité. La compréhension des mécanismes de dégradation est nécessaire pour les gestionnaires d’ouvrages surtout que les études menées jusqu’à présent sont souvent incomplètes. Dans cette problématique, une étude de la dégradation de la pierre calcaire de Blaye est réalisée en collaboration avec le projet européen Medachs et la mairie de Blaye. Cette étude est composée de deux parties principales réalisées sur le site et en laboratoire. L’étude in-situ consiste à appareiller une pierre de façon à avoir la température de l’air et à la surface, à l’extérieur et à l’intérieur du bâtiment, et à 3 profondeurs dans la pierre. Un modèle numérique alimentée par les résultats des mesures expérimentales est élaboré pour estimer la valeur de la conductivité thermique du matériau. La pierre est alors découpée en 3 épaisseurs et la conductivité thermique est calculée pour chaque épaisseur en appliquant une méthode d’optimisation (Powell). La variation de la conductivité est directement liée à celle de la porosité et donc de l’état d’altération du matériau. L’étude au laboratoire est réalisée en deux étapes. En premier temps, des éprouvettes du matériau vierge en provenance de la carrière locale sont utilisées pour caractériser l’état initial du matériau. Pour cela, des paramètres physiques (masse volumique, porosités) et des paramètres mécaniques (vitesse ultrasonore et résistance mécanique) sont mesurés et identifiés. En deuxième temps ,nous réalisons des essais de vieillissement accéléré par action des sels et par action des cycles hygrothermiques. Les essais montrent la fragilité du matériau et mettent en évidence une résistance très faible face à la cristallisation de sels. Le travail réalisé, à la fois en laboratoire et in-situ, met en évidence la nécessité de mieux comprendre les mécanismes de dégradation et de mieux connaitre le matériau en particulier au niveau de l’action des sels. On propose de réaliser des essais qui prennent plus en compte les conditions d’exposition de la pierre (température, nature des sels, etc.). / Monumental stone is exposed to alteration caused by physical, chemical and biological mechanisms of degradation. With time, these mechanisms can destruct the monument epidermis and endanger the structure stability. The complex mechanisms of stone degradation are not fully understood. Our scientific knowledge is incomplete. Within the framework of the maintenance of historical monuments, a study of Blaye limestone alteration is realized with the collaboration of the European project Medachs and the town hall of Blaye. Our study can be divided into two major parts : an in-situ study and a laboratory study. The on site study consists on measuring the temperature evolution at the internal and external surface of a chosen stone in the building as well as the temperature evolution at the air in the inside and the outside of the building and at three depths in the stone. A numerical model is built in order to estimate the thermal conductivity of the stone based on the measurements results. The model consists on considering that the stone is composed of three layers characterized with three different values of the thermal conductivity. These values are estimated by using an optimization algorithm (Powell). The thermal conductivity varies with the porosity and thus can be considered as an indicator of the stone damage On the other hand, the laboratory study is realized in two stages. At first, the physical and the mechanical parameters of the original material are estimated by carrying out different measurements (relative density, porosiy, ultrasonic velocity, and compressive resistance). The samples that were used for the measurements were extracted from the local quarry. Then two types of accelerated ageing tests were realized : salt crystallization and hydro-thermal cycles. The results of the tests showed a low resistance of the material especially to salt crystallization. At the end, the results of the in-situ and the laboratory study show the fragility of the material and highlight the need and the importance of a better understanding of the degradation mechanisms. The effect of the environmental conditions should be included in the studies in order to have a clear image about the variation of the material resistance to salt crystallization with the exposure conditions (temperature, type of salts, etc.).