Afin d'étudier le rôle de l'humidité dans la déformation du sel gemme, des essais utilisant la microcellule développée au Centre de Géologie de l'Ingénieur ont été conduits sur des échantillons de sel laiteux et de sel phénoblastique du Bassin Bressan ainsi que sur des échantillons de sel de dôme provenant de la mine d'Asse (Allemagne). Le principe de la méthode utilisée est de suivre visuellement, lors des essais effectués, l'évolution texturale des échantillons sous des conditions de contrainte, température et humidité imposées. Une augmentation même faible du degré d'humidité relative se traduit toujours par une phase de fluage transitoire rapide suivie d'une phase de fluage stationnaire à vitesse de déformation constante. La vitesse de déformation lors de cette phase de fluage stationnaire est généralement supérieure à celle de la phase de fluage stationnaire qui précède l'élévation du degré d'humidité. La texture et la composition de l'échantillon ainsi que sa réaction vis-à-vis du couple température-humidité imposé déterminent la prédominance d'un des micromécanismes de déformation possibles. D'un point de vue microstructural, le contenu des cristaux de halite en inclusions fluides et/ou solides exerce une grande influence sur leur ductilité. On montre que le sel laiteux riche en inclusions fluides est plus ductile que le sel de dôme dont les cristaux contiennent des inclusions solides. Au niveau des joints de grains, l'humidité s'adsorbe ou se condense permettant le déclenchement de certains mécanismes de déformation spécifiques. Selon la morphologie et l'état de surface de ces joints on assiste à des mécanismes de lubrification et de glissement (cas du sel de dôme) ou des mécanismes de cisaillement et de microstylolitisation (cas du sel laiteux). Par ailleurs, les films de saumures qui se reconstituent au niveau des joints favorisent la thermomigration des inclusions fluides d'un cristal de halite à un autre à travers ces joints saturés. Dans le sel phénoblastique 1'anhydrite contenue dans la matrice carbonato-sulfatée microporeuse s'hydrate en gypse sous l'action du couple température-humidité. Cette transformation s'accompagne d'un gonflement important qui se traduit par la fissuration prononcée des plages non halitiques ce qui peut entraîner une dégradation notable du matériau. En prenant en compte les trois paramètres essentiels qui conditionnent le fluage du sel gemme: la texture, la température (avec et sans gradient) et l'humidité, l'étude expérimentale tend à reconstituer de manière réaliste l'état des conditions susceptibles de se réunir à proximité d'une galerie de stockage de déchets radioactifs. Par conséquent elle permet d'avancer des arguments nécessaires pour aider à la prévision du comportement d'un massif salifère à long terme.

Les déformations élastoplastiques (instantanées) et les mécanismes d'endommagement du sel gemme sont abordés par une étude expérimentale et théorique. Une étude bibliographique présente les mécanismes de déformation du sel gemme, et permet de dégager les différents facteurs physiques régissant le caractère ductile ou fragile du comportement du sel gemme. On situe ainsi le sel gemme par rapport aux autres géomatériaux du point de vue des propriétés mécaniques. On présente également différentes méthodes d'identification de l'endommagement des géomatériaux. Des essais de compression et d'extension axisymétriques sont présentés. La déformation volumique globale est mesurée au cours du chargement déviatorique. Cette mesure est un indicateur d'endommagement et permet en particulier d'identifier les conditions d'initiation de l'endommagement. Le chargement hydrostatique et les phases déviatoriques renseignent sur la rhéologie du matériau et sur la détérioration du sel gemme consécutive au chargement déviatorique. Les variations des paramètres élastiques sont décrites mais, étant de faible amplitude, elles ne sont pas prises en compte dans l'écriture de la loi de comportement. Une analyse des contraintes internes par le truchement d'un modèle micro-macro autocohérent permet d'éclairer les causes de la précocité de l'endommagement en extension. L'usage d'un tel modèle permet aussi de discuter la nature de l'écrouissage. A l'échelle macroscopique, un modèle de comportement élastoplastique est proposé. Il suit un écrouissage isotrope, l'écoulement est non-associé, et sa détermination s'appuie sur l'analyse de l'évolution de l'angle de dilatance en fonction de la contrainte moyenne et du paramètre d'écrouissage (la distorsion plastique). Une généralisation à l'espace tridimensionnel des contraintes (en faisant intervenir trois invariants du tenseur des contraintes) est développé et permet de présenter un résultat de calcul de creusement de galerie axisymétrique.

Cette étude comporte deux objectifs principaux. Le premier est de contribuer à l'évaluation des deux approches, empirique et conceptuelle, de modélisation du transport de polluants diffus d'origine agricole quant à leur capacité à représenter l'évolution temporelle des concentrations et des flux des matières en suspension, des nitrates et du phosphore, à l'exutoire d'un petit bassin versant agricole. Nous avons validé deux modèles représentatifs de chacune des approches ; le premier modèle est inspiré des modèles CREAMS et SWRRB et le deuxième est modèle le HSPF. Le deuxième objectif est d'analyser l'utilité des modèles mathématiques dans la gestion de la pollution diffuse d'origine agricole et ceci par rapport à cinq critères de décision auxquels sont confrontés les gestionnaires : (1) estimation des flux polluants, (2) évaluation du risque de dépassement d'une concentration, (3) description de mécanismes de transport de polluants , (4) détermination et quantification des sources de polluants et (5) évaluation de l'impact sur la qualité de l'eau des changements des pratiques agricoles. La première partie de ce mémoire décrit les enjeux de la pollution diffuse d'origine agricole, analyse les phases du processus de gestion de la qualité de l'eau dans les bassins versants agricoles et situe les diverses méthodologies d'aide à la gestion dans les différentes étapes de ce processus. On met en évidence de quelle manière la modélisation peut apporter une aide aux gestionnaires et aux décideurs. Elle comporte également une description des différentes étapes de la mise en oeuvre d'un modèle et une analyse des principaux problèmes extrinsèques aux modèles qui limitent leur application par les gestionnaires. La deuxième partie décrit les mécanismes mis en jeu dans le transport de polluants d'origine diffuse et les principales approches de modélisation de chaque processus individuel par cycle : l'eau, l'érosion, l'azote puis le phosphore. Enfin nous présentons les principaux modèles mathématiques de simulation du transport des polluants agricoles en les classant, en mettant en évidence leurs avantages et leurs inconvénients, et en précisant leur domaine d'application. La troisième partie présente la démarche de modélisation suivie, les modèles mathématiques utilisés et les résultats obtenus individuellement pour chacun des modèles pour le bassin versant de l'Orgeval (à Mélarchez). Finalement, nous présentons les résultats de nos réflexions sur l'utilité des modèles mathématiques dans la gestion de bassins agricoles afin d'évaluer le réel intérêt d'une telle démarche dans la résolution des problèmes concrets qui sont posés aux gestionnaires. Considérés comme outils de simulation des concentrations ou des débits à l'exutoire, ces modèles sont trop complexes par rapport à l'information disponible dans les données ce qui conduit à une sous-détermination des paramètres. De plus, l'évolution temporelle des concentrations de polluants à l'exutoire est en général mal représentée notamment lors les événements à fortes concentrations. Considérés comme outils de gestion, ces modèles ne sont guère plus performant dans l'estimation des flux polluants à l'exutoire que des modèles plus simples. Par ailleurs, ces modèles pourraient en principe simuler l'évolution d'autres variables d'état (e.g., stock d'azote du sol) ou simuler l'impact de changements des pratiques agricoles sur la qualité de l'eau tels que les modifications des surfaces cultivées ou de la rotation de différentes espèces végétales ou des changements dans la quantité ou dans le mode d'apport de fertilisants. Pour cela ils devraient être validés sur leur réalisme physique, c'est-à-dire, sur leur capacité de décrire fidèlement les processus essentiels responsables de la dynamique de polluants dans le bassin versant. Cependant, comme ils ne sont jamais validés sur cette propriété et comme aucune mesure à l'intérieur du bassin ne permet de justifier a priori la validité de la représentation, on ne peut encore raisonnablement leur accorder confiance pour la prise de décision en matière de gestion.

Les préoccupations actuelles quant à la réduction des rejets urbains en temps de pluie ne concernent en principe guère les réseaux séparatifs de collecte des eaux usées. Pourtant les débits observés à l'exutoire de ces réseaux présentent des variations analogues à celles qui caractérisent les systèmes unitaires. Les raccordements illicites d'eaux pluviales ne sont pas la seule cause de ce comportement et les apports par infiltration y contribuent largement. Par le jeu de mécanismes complexes de drainage, les défauts d'étanchéité des réseaux, y compris ceux qui sont localisés en domaine privé, sont à l'origine de débits importants, aussi bien à l'échelle annuelle, que journalière ou même horaire. Mais ces débits restent difficiles à caractériser car ils dépendent non seulement des événements pluvieux mais de leurs antécédents et de la saison. On a donc cherché à développer un modèle permettant de simuler ces débits et à le valider à partir de mesures de terrain et d'une étude de sensibilité. Ce modèle pourrait constituer un outil intéressant pour les études diagnostic de réseau.

Ce travail vise à analyser les conditions d'émergence et de traitement des projets d'interconnexion transfrontalière de services techniques urbains organisés en réseaux à travers une démarche comparative prenant en compte plusieurs de ces services publics (transports publics, assainissement et ordures ménagères) dans l'agglomération constituée par Genève et les communes françaises voisines. Au-delà de sa définition juridique, la frontière est ici envisagée comme la limite spatiale de légitimité de systèmes politiques et administratifs. Après avoir appréhendé la genèse des besoins d'interconnexion comme le résultat du décalage entre des modes de production socio-techniques territorialement cloisonnés et l'évolution du système urbain franco-genevois, l'accent est porté sur les modes de régulation mis en oeuvre. On distingue ainsi un mode de régulation portant sur les éléments techniques des services urbains et un mode de régulation affectant le cadre institutionnel et territorial dans lequel ces services publics locaux en réseaux sont gérés et planifiés. Il en ressort que les capacités d'adaptation technique des services urbains en réseaux à un nouvel environnement territorial sont réelles. Cependant, en l'absence de cadre juridique, technique et institutionnel, l'interconnexion transfrontalière de ces équipements collectifs est soumise à la constitution d'un système d'acteurs reposant sur la confrontation de différents codes, de différentes normes socio-techniques et sanctionne un rapport de forces. Le système d'action collective porte sur la maîtrise de l'interconnexion des réseaux techniques urbains qui sont envisagés comme des outils de légitimation à l'échelle d'un territoire transfrontalier déterminé sur la base de leur inscription spatiale.

L’enjeu actuel autour de la gestion des MIDND est de valoriser, dans la mesure du possible, les mâchefers sur les chantiers routiers à maîtrise d’ouvrage publique ou privée, tout en tenant compte de la réglementation en vigueur et en réalisant un suivi rigoureux dès l’élaboration jusqu’à leur mise en place. Un des freins de la valorisation des MIDND est relatif aux critères de qualité de plus en plus contraignants. Parmi les polluants potentiels qui peuvent entrainer des restrictions environnementales d’utilisation, les éléments trace métalliques (ETM), dont le comportement en fonction des paramètres que sont la maturation et la granulométrie reste peu connu, sont des plus préoccupants. Dans cette thèse, l’approche développée a permis de définir les conditions favorables au relargage des ETM suivants : Cu, Cr, Pb, Sb, Ni et Zn. La démarche scientifique s’articule autour de trois grands axes : Le premier axe concerne le développement d’une méthode de caractérisation pertinente des MIDND (notamment de la fraction organique et de la fraction minérale polluante) afin de pouvoir mieux juger de leurs qualités. La matrice initiale d’étude prélevée sur un site industriel ainsi que ses fractions granulométriques, ont été finement analysée, tant d’un point de vue physico-chimique qu’en ce qui concerne leur comportement environnemental. La modélisation géochimique basée sur ces données physicochimiques et de lixiviation permet d’identifier des phases majoritaires et de simuler le comportement du matériau dans la perspective de prévoir l’évolution du MIDND en conditions spécifiques de stockage ou de valorisation. Le deuxième axe décrit l’impact des conditions de maturation, et du fractionnement granulométrique sur l’évolution de la qualité des MIDND. Trois différentes conditions de maturation (naturelle sur plate-forme; accélérée sur petit tas; forcée) ont été étudiées. Les résultats montrent que les changements dans la composition chimique et minéralogique des MIDND étudiés et de leurs fractions granulométriques sont plus significatifs lorsque la maturation progresse. La maturation naturelle accélérée et la carbonatation forcée limite la lixiviation du Cu, du Pb et du Zn. Au contraire, la lixiviation du Cr, de Sb, des Cl- et des SO42- augmente lorsque le pH diminue. Le troisième axe est dédié à l’étude de l’utilisation des MIDND comme matière première secondaire dans un scénario de valorisation alternatif aux utilisations en sous-couches routières classiquement pratiquées. Le scénario consiste à incorporer les MIDND dans un coulis auto-compactant utilisable pour l’élargissement de chaussées ou le comblement de fossés. Une formulation a pu être définie. La conformité des performances mécaniques, géotechniques et environnementales aux spécifications d’usage normalisées, est encourageante pour les potentiels utilisateurs des MIDND en technique routière. / Current challenge of Municipal Solid waste Incineration (MSWI) bottom ash management lays in its valorization, mainly to be used in road construction projects. The process must take into account environmental regulations and conduct rigorous monitoring from production to utilization. One constraint in the assessment of MSWI bottom ash is related to quality criteria which is becoming more restrictive. Among potential pollutants that can cause environmental use restrictions are metal trace elements (MTE), whose behavior based on weathering and grain size is not yet well known and represent one of greatest concern. In this thesis, the developed research approach defined the favorable conditions for Cu, Cr, Pb, Sb, Ni and Zn release. The aforementioned approach is based on three pillars: The first pillar focuses on the development of a pertinent characterization method for bottom ash (including the polluting organic and mineral fraction) aiming at a better assessment of its properties. The initial study matrix, taken from an industrial site, was carefully analyzed from both, physico-chemical and environmental performances. Geochemical modeling based on physico-chemical and leaching data, allowed to identify the main mineral phases and to simulate material behavior with the purpose of predicting the evolution of MSWI bottom ash in specific storage or valorization conditions. The second pillar describes the impact of weathering conditions and size partitioning on MSWI bottom ash quality evolution. Three different weathering conditions (natural on industrial scale heap; accelerated on small heap; and forced) were studied. The results showed that changes in the chemical and mineralogical composition of MSWI bottom ash as well as in its size fractions are more significant when the weathering proceed. The natural accelerated weathering and the forced carbonation limited the leaching of Cu, Pb and Zn, whereas, the leaching of Cr, Sb, Cl and the SO42- increased as pH decreased. The third pillar focuses on the study of MSWI bottom ash alternative utilization as secondary raw material for the typically practiced road sub-layers construction. It consisted of incorporating MSWI bottom ash in a self-compacting material used for pavement sub-layer or coated road shoulders structures. A formulated material was obtained by mixing MSWI bottom ash, water and cement as a hydraulic binder. The results of the mechanical, geotechnical and environmental assessment are promising for MISWI bottom ash potential use in road construction.

Le travail mené dans le cadre de cette thèse porte sur l’évaluation de la sensibilité à la fissuration assistée par l’environnement (FAE) d’aciers mis en œuvre pour le stockage géologique profond des déchets radioactifs selon un concept multi-barrières. On s’intéresse ici aux aciers faiblement alliés du conteneur et du chemisage qui seront placés dans des micro-tunnels creusés dans la roche à 500 mètres de profondeur. Le concept actuel prévoit un matériau de remplissage cimentaire entre l’argile et le chemisage afin de neutraliser l’acidité potentielle issue de la re-saturation en eau de la roche après le forage. Malgré la présence d’un milieu peu agressif (pH proche de la neutralité, faible teneur en carbonate), le choix des aciers a été dicté par leur sensibilité à la corrosion et à la FAE, qui est caractérisée dans ce travail. Les microstructures ferrito-perlitiques en bande ont ainsi été éliminées au profit de structures plus homogènes et deux aciers de référence ont été définis : l’API 5L X65 (ferrite-bainite) pour le chemisage et le P285NH (ferrite-perlite) pour le conteneur. Ces études ont également montré la formation de couches de produits de corrosion principalement composées de sidérite et de magnétite conférant une pseudo-passivité. Le caractère protecteur de ces couches vis-à-vis de la fissuration a été étudié et validé, sur la base d’une élaboration de couches représentatives par voie électrochimique. Enfin, les aciers de référence ont été caractérisés du point de vue de leur sensibilité à la corrosion et à la FAE en milieu cimentaire. Ils n’ont alors pas montré de sensibilité particulière du point de vue de la fissuration dans ces conditions, où la corrosion sous dépôt semble être la forme la plus présente en milieu aéré. Néanmoins, l’influence de la présence de faibles teneurs en oxygène dans le concept de stockage doit encore être explorée. / The aim of the work is to assess the susceptibility to environmental assisted cracking (EAC) of steels used for the deep geological storage of radioactive waste. The storage concept is based on the encapsulation of the waste in a carbon steel containers then placed in micro-tunnels drilled 500 meter deep in Clay. These micro-tunnels are built with a micro-alloyed casing steel. Recently, the storage concept has evolved with the injection of a cementitious bentonite grout between the clay and the casing to balance the potential acidity resulting from the excavation of the micro-tunnels and the gradual saturation of rock with water. Effect of this grout on the risk of corrosion and EAC is also evaluated in the PhD work. In the mild disposal environment considered (pH close to neutrality, low carbonate content), formation of a corrosion product scale composed of siderite and magnetite has been identified. This scale leads to a pseudo-passive state of both steel grades with thus a possible risk of EAC. The risk of EAC was thus first studied and a material selection for the disposal concept was thus first made accordingly. The protective nature of the siderite/magnetite corrosion scale was then studied and reproduced in laboratory using electrochemical techniques. This work allowed for the evaluation of the resistance of each selected steel with respect to general corrosion and EAC. The results did not underlined significant cracking susceptibility of the considered steel grades. Under deposit corrosion seems to be the main form of attack in aerated waste disposal environments but the influence of the presence of low oxygen levels has to be further explored.

Trotz seiner hohen Stellung auf der politischen Tagesordnung wurde das massive Wegwerfen von Essen, das insbesondere in den reichen Ländern dokumentiert ist, in Studien über städtischen Metabolismus bisher wenig beachtet. Ziel dieser interdisziplinären Dissertation ist es, eine Methode zur Mengenbestimmung des städtischen Lebensmittelmetabolismus zu entwickeln und verschiedene Faktoren zu untersuchen, die das Wegwerfen von Essen beeinflussen. In der Dissertation wird zuerst der städtische Lebensmittelmetabolismus beschrieben und mengenmäßig bestimmt. Dieser quantitative Teil stützt sich auf eine Fallstudie über die französische Hauptstadt Paris und die umliegenden Gebiete innerhalb der Île-de-France Region im Jahr 2014. Die Ergebnisse zeigen, wie groß der Strom der Lebensmittelabfälle ist. 19% und 22% der Menge an Lebensmitteln, ohne Getränke, zur Versorgung der essenden Bevölkerung in Paris Petite Couronne und Île-de-France sind Lebensmittelabfälle. . Ein Teil dieser Abfälle, nämlich der aus weggeworfenem Essen, könnte vermieden werden, wenn Essen anders gehandhabt würde. Das Verständnis des städtischen Metabolismus wird bereichert, wenn er eingebettet in kulturelle Praktiken und soziale Institutionen betrachtet wird. Der Literaturüberblick zeigt, dass das Wegwerfen von Essen zu Hause und außer Haus nicht alleine eine Folge individueller Handlungen ist, sondern von Praktiken unter dem Einfluss gesellschaftlicher Prozesse. Im Gegensatz dazu berücksichtigt Politik weder die systemischen Züge des städtischen Lebensmittelmetabolismus, noch die Verknüpfung zwischen Essen und Abfall und auch nicht die zahlreichen Faktoren, die das Wegwerfen von Essen bedingen oder fördern. Forschungsbedarf besteht darin zu untersuchen, wie Gesellschaften der Einladung weniger Essen wegzuwerfen gegenüberstehen, wenn der Konsumkontext von Überversorgung und vermeintlichem Überfluss geprägt ist und das Wegwerfen von Essen weitestgehend unsichtbar bleibt. / Although it is a priority on the political agenda, the massive generation of food waste reported for high-income societies has been largely neglected in urban metabolism research. The aim of this interdisciplinary PhD thesis is to develop a method to quantitatively analyse urban societies’ food metabolism and its determinants with respect to food waste. The thesis’ main focus is on characterizing and quantifying the urban food metabolism. This quantitative part looks at case studies of the French capital Paris and its neighbouring areas of the Île-de-France region, in the year 2014. The results show that the urban food metabolism of Paris and its region is characterized by significant levels of food waste. 19% and 22% of food, excluding drink, ended up uneaten and turned to food waste in the food supply of the eating population in Paris Petite Couronne and Île-de-France, respectively. Moreover, little food waste was collected separately from other waste and recycled. Part of this food waste could be avoided, as it initially was food that could have been saved and used for human consumption, had it been handled differently. The urban metabolism becomes more legible when it is recognized as embedded in cultural practices and social institutions, another focus in this thesis. At the consumption stage, the literature review demonstrates that food waste is not only the result of individual action, but of practices shaped by broader societal processes. Inappropriately, current food waste reduction policies consider neither the systemic characteristics of the urban food metabolism, nor the interconnectedness between food and waste, nor yet the multiple determinants of food waste origin. Avenues for research include inquiry into how societies respond to the opportunity to reduce food waste, when the context is one of oversupply and perceived abundance of food, and a still largely invisible phenomenon of food waste. / Le métabolisme urbain désigne l’ensemble des flux d’énergie et de matières mis en jeu par le fonctionnement d’une ville ; il constitue une déclinaison localisée du métabolisme social. La quantification et l’analyse de ces flux sont cruciales pour la définition de politiques qui visent à réduire la consommation de ressources et la production des déchets. Malgré sa mise à l’agenda politique, la génération massive des pertes, gaspillages et déchets alimentaires, documentée en particulier dans les pays des Nords, n’a été analysée qu’à la marge dans les recherches sur le métabolisme urbain. L’objectif de cette thèse interdisciplinaire est de développer une méthode de quantification du métabolisme alimentaire urbain et d’analyser ses déterminants en lien avec les pertes, gaspillages et déchets alimentaires. La thèse aborde en premier lieu la caractérisation et la quantification du métabolisme alimentaire urbain. Cette partie quantitative s’appuie sur une étude de cas de la capitale française, Paris, et des territoires adjacents de la région Île-de-France, en 2014. Elle repose sur le développement d’un outil de quantification hybride associant analyse de flux de matière (AFM) et analyse du système alimentaire, sur la définition de la population qui mange (inférieure en taille à la population résidente), et sur la compilation de plusieurs jeux de données, dont certains n’avaient pas été mobilisés à ce jour. Les résultats montrent l’importance du flux de déchets alimentaires. Une part de 19% et 22% des denrées alimentaires, hors boissons, qui approvisionnent la population qui mange à Paris Petite Couronne, d’une part, et en Île-de-France, d’autre part, n’est pas consommée et devient un déchet ; une faible partie est par ailleurs collectée séparément pour être recyclée. L’étape de la consommation seule, à domicile et hors foyer, y contribue de façon significative. Une partie de ces déchets alimentaires pourrait être évitée par la réduction des pertes et gaspillages et une meilleure gestion de la nourriture. Le métabolisme urbain devient plus lisible lorsqu’on reconnait qu’il est intégré dans des pratiques culturelles et des institutions sociales, deuxième aspect abordé dans la thèse. La revue de la littérature montre qu’au stade de la consommation, les pertes et gaspillages ne sont pas seulement le résultat d’actions individuelles, mais de pratiques sous influence de processus sociaux plus larges, comme des changements de styles de vie et de normes de consommation dans des sociétés à revenu élevé. A l’opposé, les politiques de réduction des pertes et gaspillages ne tiennent compte ni des caractéristiques systémiques du métabolisme alimentaire urbain, ni de l’interconnexion entre nourriture et déchets, ni même des multiples déterminants à l’origine des pertes et gaspillages. Des pistes de recherche consistent à explorer la question de savoir comment les sociétés répondent à l’opportunité de réduire les pertes et gaspillages, lorsque le contexte est celui d’un sur-approvisionnement, d’une supposée abondance et d’un phénomène des pertes et gaspillages largement invisible. Les études culturelles peuvent aider à comprendre comment les sociétés font évoluer leurs pratiques culturelles et leurs institutions à l’égard de la réduction des pertes et gaspillages dans un contexte de transition socio-écologique.