L’économie d’énergie dans le bâtiment est devenue une question préoccupante d’envergure internationale. Le secteur du bâtiment en effet, est l’un des plus énergétivores avec par exemple plus de 43% du total d’énergie produite en France, mais aussi l’un des plus polluants avec environs, 23% des émissions de gaz à effet de serre. Avec l’accroissement des ménages, et la demande par conséquent d’énergie, les problèmes ci-dessus évoqués vont décupler et devenir rapidement ingérables les années à venir, si aucune mesure n’est prise. Ainsi, pour faire face à la situation, plusieurs stratégies sont mises en œuvre aux fins de réaliser l’économie d’énergie dans le bâtiment. Il y a le volet prédiction d’énergie qui oeuvre pour l’énergie juste heure après heure ; le volet recherche et élimination de ponts thermiques, afin de réduire au minimum les déperditions d’énergie représentant environ 30% de la consommation d’énergie ; et le volet conservation d’énergie dans les parois de bâtiment pour sa réutilisation future. Notre thèse s’est penchée sur les deux derniers volets en proposant différentes méthodes de CND et des traitements appropriés permettant la mise en évidence de défauts dans les structures de bâtiment. Des approches d’estimation de matrice de transfert ont été aussi abordées, pour permettre de prévoir le comportement thermique du bâtiment soumis à une sollicitation quelconque. La grande contribution de cette thèse concerne la mise au point d’une technique de mesure de capacité de stockage in-situ. Elle est importante, car il existe quantité de logiciels proposant la composition des structures d’un bâtiment pour une capacité de stockage d’énergie donnée. Mais il n’existe aucune méthode permettant de confirmer ou d’infirmer les résultats issus de calculs artificiels. Cette thèse apporte une solution à cette situation en proposant une méthode simple, sans encombrement, facile à mettre en œuvre et offrant un résultat satisfaisant. / Energy saving in buildings has become a major international issue. Indeed, the building sector is one the most energy consuming sectors, for instance in France it consumes more than 43% of the total produced energy, and also it is one of the most polluter with around 23% of the green house gas emissions. As more and more households appear, the energy demand will increase and the above mentioned problems will be ten times more sever making them unmanageable in the upcoming years if no measure is taken. Thus, to face this situation, many strategies have been setup in order to achieve some energy saving in buildings. Among these strategies we find the energy prediction part which deals with hour by hour right energy; the research and elimination part of thermal bridges which its main objective is to reduce as much as possible the energy losses representing around 30% of the energy consumption; and the energy conservation part in wall buildings for future recycling. Our thesis focuses on the last two parts by proposing different methods of CND as well as appropriate survey treatments which allow to highlight structural failure in buildings. Transfer matrix estimation approaches have been used to predict the thermal behavior for a building that is being put under any kind of stress.The main contribution of this thesis concerns the developing of an in-situ storage capacity measuring technique. This is important since there are many softwares proposing the structural composition of a building for a given amount of energy. Nevertheless, there isn’t any method available for confirming or invalidating the results coming from artificial calculations. This thesis brings a solution to this situation by proposing a simple method, with no obstacles, easy to setup and with satisfactory results.

La démarche d’intégration des hétérogénéités dans les modèles réservoirs en est à ses prémices dans le domaine du stockage géologique de CO2. C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de thèse. Un protocole d’analyse depuis l’étude de terrain jusqu’aux simulations réservoirs a été établi. La caractérisation du Minjur Sandstone (formation Triasique d’Arabie Centrale) met en avant le caractère crucial de la connectivité des corps dans l’architecture du réservoir, notamment en liant génétiquement leur nature, leur connectivité et leur position dans la séquence de dépôt. S’appuyant sur la connaissance de cette formation, un modèle conceptuel est construit, puis reproduit stochastiquement par un algorithme permettant l’élaboration de modèles conditionnés par une histoire sédimentaire. Le protocole prévoit la création de 50 scénarios illustrant divers degrés de connectivité ; chaque scénario étant composé de deux modèles de même architecture mais à remplissage sédimentaire différent. Cette approche permet d’appréhender (a) l’impact de la connectivité et (b) des hétérogénéités sédimentaires sur les performances réservoirs. L’estimation de capacité par l’approche statique des volumes disponibles estime une capacité moyenne d’environ 13Mt (aquifère semi-infini de 25 km par 25 km et 60m d’épaisseur à 1000 m de profondeur). Les hétérogénéités internes (sédiments argileux appelés oxbow lakes) entraînent une différence de capacité de 30%. Les simulations dynamiques confirment ces résultats et révèle une variabilité de capacité de 23% liée la connectivité des corps. De plus les hétérogénéités réduisent la migration verticale du gaz ce qui peut augmenter l’intégrité du stockage. / In the CO2 storage context, heterogeneity has only been rarely considered in reservoir models to date. To address this key issue, the project aims at developing a workflow that manages the heterogeneity from the field observations up to the reservoir simulation. The characterisation of the Minjur Sandstone (a Triassic formation from Central Saudi Arabia) shows the crucial role of connectivity in the reservoir architecture, and the genetic link between the nature, location and connectivity of the sedimentary bodies in the sequence. Stemming from this study, a conceptual model was established and stochastically reproduced through an algorithm simulating models conditioned to a sedimentary history. Fifty scenarios were simulated, representing various connectivity degrees. Each of these scenarios is composed of two models, identical by their architecture but different in their internal sedimentary fill. This approach allows the study of the impact of the (a) reservoir bodies’ connectivity and (b) their internal sedimentary heterogeneity on the reservoir’s performances. The capacity estimates using a static calculation based on the available pore volumes reveals a mean capacity of 13 Mt (for a 25 x 25 km x 60 m semi finite aquifer at 1000m deep). The sedimentary heterogeneity (shaly deposits called oxbow lakes) is responsible for a 30% difference of capacity. The flow simulations confirm these results and show that the connectivity of the reservoir bodies creates a 23% capacity variation. Moreover, the heterogeneities tend to reduce the amount of CO2 able to reach the uppermost reservoir which may enhance the storage integrity.

Les minéraux nominalement anhydres du manteau terrestre (NAMs) contiennent de l’eau en faible quantité, dissoute sous forme de défauts ponctuels, et qui affecte de manière drastique les propriétés physico-chimiques du manteau supérieur terrestre. Afin de mieux comprendre cet effet, il est nécessaire d’estimer la capacité de stockage de l’eau des phases mantelliques et les mécanismes de solubilité. De nombreuses données expérimentales sur la solubilité de l’eau dans les NAMs tels que l’olivine, le pyroxène et le grenat, sont disponibles dans la littérature. Toutefois, la majorité de ces études ont été réalisées en système simple, et à des températures ou des pressions trop basses pour être représentatives du manteau supérieur terrestre. L’objectif de cette étude était de contraindre les effets combinés de la pression, de la température et de la composition sur la solubilité de l’eau dans l’olivine et le pyroxène dans les conditions du manteau supérieur terrestre. Les expériences ont été réalisées en condition de saturation en eau dans le système MSH enrichi en fer et en fer et aluminium, à 2,5 ; 5 ; 7,5 et 9 GPa, entre 1175 et 1400°C, à l’aide d’une presse multi-enclumes. Les teneurs en eau ont été mesurées par spectroscopie infrarouge en mode polarisé, à partir d’échantillons finement double polis, sur des cristaux orientés de manière aléatoire. Al est incorporé dans l’olivine et le pyroxène selon la réaction de type Tschermak, et diminue avec la pression dans les deux phases. L’ajout d’Al3+ dans le système favorise l’incorporation de H+ dans l’olivine et surtout dans le pyroxène, mais cet effet disparaît à mesure que la pression et la température augmentent. Dans ces conditions, la solubilité de l’eau dans les deux phases est contrôlée par l’activité de l’eau dans le liquide qui se charge de plus en plus en silicates. Le mécanisme majeur de l’incorporation de l’eau dans l’olivine se fait via le remplacement de sites métalliques par 2H+, impliquant que la solubilité de l’eau dans l’olivine est directement proportionnelle à la fugacité de l’eau dans le liquide. Le partage de l’eau entre pyroxène et olivine est toujours inférieur à 1, sauf à basse pression et basse température, quand Al aide à l’incorporation de l’eau dans le pyroxène par rapport à l’olivine. Dans les conditions du manteau convectif profond, l’eau va préférentiellement dans l’olivine. L’effet de la température sur le partage de l’eau entre les deux phases est négligeable. Ces données ont permis de construire un modèle de stockage de l’eau dans l’olivine à toutes pressions et toutes températures, dans le système MFASH. En combinant ce modèle au partage de l’eau entre pyroxène et olivine calculé dans notre étude, et aux données disponibles dans la littérature sur la solubilité de l’eau dans le clinopyroxène et le grenat, nous avons pu modéliser la capacité de stockage de l’eau dans le manteau supérieur terrestre. Ce modèle prédit que la couche de faible vitesse sismique, détectée à 350 km de profondeur par les observations sismiques, peut être expliquée par la fusion partielle de matériel hydraté provenant de la zone de transition et contenant initialement 750 ppm pds H2O. / Trace amounts of hydrogen dissolved as defects in nominally anhydrous minerals (NAMs) in the mantle are believed to play a key role in physical and chemical processes in the Earth’s upper mantle. Hence the estimation of water storage in mantle phases and solubility mechanisms are important in order to better understand the effect of water. Experimental data on water solubility in NAMs are available for upper mantle minerals such as olivine, pyroxenes and garnet. However, the majority of studies are based on single phases, and at temperatures or pressures that are too low for the Earth’s upper mantle. The aim of this study was to constrain the combined effects of pressure, temperature and composition on water solubility in olivine and pyroxene under upper mantle conditions. The solubility of water in coexisting pyroxene and olivine was investigated by simultaneously synthesising the two phases at high pressure and high temperature in a multi-anvil press. Experiments were performed under water-saturated conditions in the MSH systems with Fe and Al at 2.5, 5, 7.5 and 9 GPa and temperatures between 1175 and 1400°C. Integrated OH absorbances were determined using polarized infrared spectroscopy on doubly-polished thin sections of randomly-oriented crystals. Al is incorporated in pyroxene and olivine via the Tschermak substitution and decreases rapidly as pressure increases in both phases. Addition of Al3+ into the system enhances water solubility notably in pyroxene and also in olivine. However, this effect tends to vanish as pressure and temperature increase. Under these conditions, water solubility in both phases is controlled by water activity in the fluid due to dissolution of silicate component. The main mechanism responsible for water incorporation in olivine is 2H+ substituting for metal sites, which indicates that water solubility in olivine is directly proportional to water fugacity. Water partitioning between pyroxene and olivine is always lower than unity except at low pressure and temperature, in which case Al favours water incorporation into pyroxene rather than into olivine. In the conditions of the deep convective mantle, water preferentially goes into olivine. The effect of temperature on water partitioning between the two phases is negligible. The newly collected data allowed the construction of a water storage capacity model in olivine at all pressures and temperatures in the MFASH system. Combining this model with the newly measured partitioning of water between olivine and pyroxene, as well as previous data on solubility in clinopyroxene and garnet, we are able to build a model of the water saturation curve in the upper mantle. This model predicts that the low velocity layer reported by seismic observations at a depth of 350 km depth can be explained by partial melting triggered by the rise of a hydrated mantle-transition-zone material containing 750 wt ppm H2O.

Depuis la découverte de la piézoélectricité dans le quartz, les besoins en matériaux efficaces pour des applications technologiques piézoélectriques (PZ) et d’Optiques Non-Linéaires (ONL) ont considérablement augmenté. Les deux propriétés doivent présenter une stabilité thermique élevée dans une large gamme de température. Dans le cadre de ma thèse, les matériaux de type quartz BaXO2 (X=Zn ou Co) ont donc été étudiés car ils cristallisent dans le même groupe d’espace P3121 que le quartz-a l'un des matériaux les plus utilisés, principalement pour ses propriétés de PZ et d’ONL.Nous avons commencé ce travail par le composé BaZnO2 car il présenterait un coefficient de couplage électromécanique K11=35,7% supérieur à celui du quartz. Une étude combinée expériences/théorie a permis de i) caractériser la stabilité chimique et thermique jusqu’à 1273 K, et de ii) déterminer les propriétés diélectriques et vibrationnelles (IR-Raman) du matériau. Les propriétés ONL, calculées par DFT, seraient en outre supérieures à celles du quartz.Dans BaCoO2, le degré d’oxydation +II du Co en symétrie tétraédrique implique un ordre antiferromagnétique à température ambiante (TN =330 K). Associé à la structure type quartz, un couplage piézo-magnétique peut être envisagé. BaCoO2 a été caractérisé structuralement/vibrationnellement (résultats confrontés à la théorie) jusqu’à 1273 K et une capacité de stockage d’oxygène réversible exceptionnelle a pu être mise en évidence dans BaCoO2+x (0 ≤ x ≤ 1) par ATG, spectroscopie Raman et par diffraction de rayons X grâce à une séquence de transition topotactique. / Since the discovery of the piezoelectricity in quartz, the need of efficient materials for piezoelectric and non-linear optic technological applications has increased dramatically. Both properties have to exhibit a high thermal stability over a wide temperature range. In my thesis work, the BaXO2 quartz type structure materials (X = Zn or Co) have been studied since they crystallize in the same P3121/P3221 space group than quartz, which is still one of the most widely used minerals mainly due to its piezoelectric properties.We have started this work with the BaZnO2 compound since first-principles-based calculations predicted an electromechanical coupling, k_11=35.7%. Our combined experimental and theoretical study allowed i) to characterize the chemical and thermal stability of BaZnO2 up to 1273 K, and ii) to determine the dielectric and vibrational (IR-Raman) properties of the material. Additionally the non-linear optic responses are predicted to be one order of magnitude higher than those reported for quartz.In BaCoO2, the oxidation state of Co (+II) in a tetrahedral symmetry implies an antiferromagnetic order at room temperature ( T_N=330 K). Associated with the -quartz type structure, a piezo-magnetic coupling can be considered. BaCoO2 was structurally and vibrationally characterized up to 1273 K (as obtained results were confronted to theory) and an exceptional reversible oxygen storage capacity was pointed out in BaCoO_(2+δ )(0 < δ ≤ 1) based on thermogravimetric measurements, Raman spectroscopy and X-ray diffraction characterizations. The oxygen insertion/disinsertion mechanism is governed by a topotactic transition sequence.

Les minéraux nominalement anhydres du manteau terrestre (NAMs) contiennent de l'eau en faible quantité, dissoute sous forme de défauts ponctuels, et qui affecte de manière drastique les propriétés physico-chimiques du manteau supérieur terrestre. Afin de mieux comprendre cet effet, il est nécessaire d'estimer la capacité de stockage de l'eau des phases mantelliques et les mécanismes de solubilité. De nombreuses données expérimentales sur la solubilité de l'eau dans les NAMs tels que l'olivine, le pyroxène et le grenat, sont disponibles dans la littérature. Toutefois, la majorité de ces études ont été réalisées en système simple, et à des températures ou des pressions trop basses pour être représentatives du manteau supérieur terrestre. L'objectif de cette étude était de contraindre les effets combinés de la pression, de la température et de la composition sur la solubilité de l'eau dans l'olivine et le pyroxène dans les conditions du manteau supérieur terrestre. Les expériences ont été réalisées en condition de saturation en eau dans le système MSH enrichi en fer et en fer et aluminium, à 2,5 ; 5 ; 7,5 et 9 GPa, entre 1175 et 1400°C, à l'aide d'une presse multi-enclumes. Les teneurs en eau ont été mesurées par spectroscopie infrarouge en mode polarisé, à partir d'échantillons finement double polis, sur des cristaux orientés de manière aléatoire. Al est incorporé dans l'olivine et le pyroxène selon la réaction de type Tschermak, et diminue avec la pression dans les deux phases. L'ajout d'Al3+ dans le système favorise l'incorporation de H+ dans l'olivine et surtout dans le pyroxène, mais cet effet disparaît à mesure que la pression et la température augmentent. Dans ces conditions, la solubilité de l'eau dans les deux phases est contrôlée par l'activité de l'eau dans le liquide qui se charge de plus en plus en silicates. Le mécanisme majeur de l'incorporation de l'eau dans l'olivine se fait via le remplacement de sites métalliques par 2H+, impliquant que la solubilité de l'eau dans l'olivine est directement proportionnelle à la fugacité de l'eau dans le liquide. Le partage de l'eau entre pyroxène et olivine est toujours inférieur à 1, sauf à basse pression et basse température, quand Al aide à l'incorporation de l'eau dans le pyroxène par rapport à l'olivine. Dans les conditions du manteau convectif profond, l'eau va préférentiellement dans l'olivine. L'effet de la température sur le partage de l'eau entre les deux phases est négligeable. Ces données ont permis de construire un modèle de stockage de l'eau dans l'olivine à toutes pressions et toutes températures, dans le système MFASH. En combinant ce modèle au partage de l'eau entre pyroxène et olivine calculé dans notre étude, et aux données disponibles dans la littérature sur la solubilité de l'eau dans le clinopyroxène et le grenat, nous avons pu modéliser la capacité de stockage de l'eau dans le manteau supérieur terrestre. Ce modèle prédit que la couche de faible vitesse sismique, détectée à 350 km de profondeur par les observations sismiques, peut être expliquée par la fusion partielle de matériel hydraté provenant de la zone de transition et contenant initialement 750 ppm pds H2O.