One of the key research issues in surface geochemistry is to understand the processes responsible of the surface water compositions to both improve fundamental knowledge of controlling mechanisms and protection of water resources. Processes occurring at solid-solution interface are predominant among the known involved chemical mechanisms. Solids, such as soil colloids, particles, sediments or colloids occurring as suspension in waters, present very large specific surfaces. This latter point gives them strong complexation or sequestration properties for elements such as metals, trace elements...These solids include mineral (oxyhydroxydes Fe and Mn, silicates, carbonates ...), organic colloid (humic substances...) and biological cells (algae, bacteria...) bound or not in between them. Sorption, co-precipitation and surface precipitation are the three major processes at interfaces involving these solid surfaces. They partly control the mobility and dissolved concentrations of metals and trace elements in waters and soil solutions. However, these processes are themselves controlled by physico-chemical parameters such as pH, Eh, T..., the solid nature and the interactions in between. The present work has therefore been focused on assessing the influence of these factors on the reactivity of elements at solid/solution interfaces. To address this issue, a combined approach involving laboratory experiments and modelling to answer to the questions identified in the field, was used. Firstly, the impact of redox condition variations on the mobilization of metals sourced in minerals (natural and synthetic oxyhydroxydes Fe and Mn, and slags from metallurgic industry) was experimentally evaluated. In a second step, this work was focused on the in situ monitoring of the iron cycle in a natural wetland soil. This implied the development of an innovative tool allowing the insertion of synthetic iron oxides directly in soil horizons. This research has been conducted to identify the impact of the iron oxides reductive dissolution and/or mineralogical changes on the mobilization of associated trace elements. Since organic matter release is often linked to iron reductive dissolution in wetland soil solutions, two experimental studies were also conducted: (i) on the redox condition impact on the dynamics of organic matter and trace element mobility and (ii) on the impact of organic complexation on the rare earth element (REE) speciation in solution. This work is ended by a research project dedicated to the rare earth element partitioning at solid-water interface and its impact on REE geochemical behaviour and associated fingerprinting properties.

La séquestration géologique du dioxyde de carbone (CO2) et du sulfure d'hydrogène (H2S) est une solution envisagée par l'industrie pétrolière pour stocker durablement ces gaz indésirables. Elle consiste à les injecter via des puits dans des réservoirs géologiques profonds. Les puits, constitués par des tubes d'acier entourés d'une gaine de ciment, peuvent être dégradés et ainsi constituer un chemin de fuite des gaz vers la surface qui auraient des conséquences humaines et environnementales sérieuses. Diverses expérimentations en laboratoire ont simulé le vieillissement de ces deux matériaux dans des conditions de séquestration géologique. Pour ce faire, un protocole expérimental et analytique spécifique a été mis en place. La simulation numérique du vieillissement du ciment a également été abordée. Le ciment et l'acier ont été altérés au contact de diverses phases fluides à 500 bar-120°C et 500 bar-200°C : une saumure, une saumure chargée en H2S-CO2, un mélange saumure+phase supercritique à H2S-CO2 et une phase supercritique à H2S-CO2 en l'absence d'eau liquide. Dans tous ces cas, on observe deux réactions découplées : la carbonatation du ciment par le CO2 et la sulfuration de l'acier par le H2S. Il apparaît que la carbonatation est maximale et que la sulfuration est au contraire minimale au sein de la phase supercritique en l'absence d'eau liquide. Les propriétés texturales et de porosité du ciment sont peu ou pas affectées par tous les traitements à 120°C. La porosité est même réduite en présence de H2S-CO2. Par contre, à 200°C, ces propriétés sont affectées par le fait de la présence d'eau liquide dans le milieu. A cette température, seul le vieillissement du ciment au sein de la phase supercritique sans eau liquide améliore ses propriétés. Dans toutes les conditions testées, l'acier est toujours corrodé, il est donc le matériau le plus vulnérable des puits.

Le Moustérien à denticulés, considéré comme l'un des faciès classiques du Moustérien, est soumis à un réexamen critique.<br />La mise au point préalable d'une méthodologie propre à l'étude des pièces encochées a permis de différencier les pseudo-outils des véritables pièces encochées et ainsi d'appréhender les caractéristiques techno-économiques de ces dernières.<br />L'étude de cinq ensembles lithiques (Les Fieux, Saint-Césaire Egpf, Hyène IVb1, Bison G et H) ainsi qu'une première analyse du matériel de Combe-Grenal c. 11 et les pièces retouchées de Mauran et La Borde montrent une certaine constance dans les schémas de productions des séries attribuées au Moustérien à denticulés.<br />Cette étude, couplée à une revue documentaire synthétisant les données bibliographiques disponibles, permet, par le croisement de différents caractères (typologiques, technologiques et économiques), de subdiviser le Moustérien à denticulés en trois groupes. Chacun de ces groupes présente de nombreuses caractéristiques propres, dont les légères variations quantitatives internes peuvent être le reflet d'une adaptation à des besoins spécifiques liés au type d'occupation.

L'effet de la fissuration des roches sur leur perméabilité suscite un intérêt croissant par ses conséquences sur la sûreté des enfouissements de déchets radioactifs, ainsi que ses applications à certains problèmes de prospection pétrolière. Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale de ce phénomène sur quelques variétés de roches poreuses. La méthode adoptée consiste à examiner l'évolution de la perméabilité en fonction de l'endommagement.<br />Deux variétés d'argiles, dites de l'Est et du Gard, ont été étudiées pour des applications aux problèmes d'enfouissement des déchets, ainsi qu'une variété de craie provenant de la Mer du Nord pour des applications pétrolières.<br />Les difficultés majeures de l'étude des argilites consistent en une très faible perméabilité et en la fragilité de ces matériaux qui ne se prêtent pas à fissuration diffuse. Nous sommes cependant parvenus à montrer par exemple que la perméabilité de ces matériaux peut être multipliée par un facteur 100 pour une déformation volumique irréversible de 4%.<br />La craie étant plus poreuse et plus perméable ne pose pas de problème de mesure de la perméabilité. Mais la difficulté de créer un état d'endommagement diffus dans ce matériau subsiste. Cependant par des trajets de chargements complexes, nous avons pu dans certains cas faire évoluer l'endommagement et la perméabilité dans ce matériau et établir une relation phénoménologique entre ces deux grandeurs.<br />La création de fissure dans ces matériaux par endommagement thermique, dans un four à micro-ondes, s'est avérée une voie beaucoup plus simple et prometteuse que la voie mécanique. L'observation des échantillons endommagés d'argilites par le microscope électronique nous a permis de déterminer l'ordre de grandeur de la taille des fissures. Sur les échantillons de craie endommagés, la mesure de la vitesse acoustique a permis d'établir une relation simple entre la perméabilité et l'endommagement.

Le béton est un matériau de construction qui trouve son champ d'utilisation dans pratiquement tous les domaines du génie civil. Actuellement il est sans doute le plus utilisé pour les avantages économiques et techniques qu'il présente. Cependant, bien que largement utilisé depuis presque deux siècles, il s'agit d'un matériau dont le comportement n'a pas encore été totalement compris. Sa microstructure poreuse rend son comportement difficilement prévisible, spécialement dans des conditions particulières comme, par exemple, pendant une élévation de température. Celle-ci peut se produire essentiellement dans deux cas: des conditions accidentelles (par exemple un incendie) et des conditions normales d'utilisation (par exemple un stockage de déchets nucléaires). Ce travail vise à apporter une contribution à l'étude des phénomènes mis en jeu dans une telle situation et, en particulier, vise à étudier l'évolution de la perméabilité intrinsèque en fonction de l'évolution des caractéristiques du béton. La caractérisation de la perméabilité intrinsèque (qui n'est pas facilement mesurable à chaud) est, en fait, indispensable pour décrire et modéliser de manière correcte les phénomènes de transport qui se produisent dans un milieu poreux. Une étude expérimentale en collaboration avec le CEA a été menée sur une éprouvette cylindrique à échelle réelle pour la mesure de l'évolution des températures et des pressions du gaz dans le béton. Nous avons modélisé la maquette à l'aide de deux modèles mathématiques: un modèle thermo-hydro-chimique (THC) et un modèle thermo-hydrochémo-mécanique (THCM). L'utilisation du modèle THC, implémenté à l'aide de la méthode des volumes finis, a permis une première étude, qualitative, du comportement du béton soumis à un chauffage. Cette modélisation, qui, par souci de simplicité, a négligé les effets liés à la mécanique, a permis une première description des phénomènes de transport, changement de phase, évolution de la microstructure auxquels le béton est sujet lorsqu'on élève la température. Ensuite, la modélisation a été complétée à l'aide du modèle THCM par éléments finis, implémenté dans le code de calcul Hitecosp (développé à l'université de Padoue). Ce code donne une description très complète du comportement du béton et prend en compte les effets liés à la mécanique à l'aide d'une loi de comportement du béton élastiqueendommageable. Grâce à une comparaison entre les résultats issus des analyses expérimentales et numériques, nous avons pu aboutir à la proposition d'une loi pour décrire l'évolution de la perméabilité intrinsèque en fonction de l'endommagement total.

L'objectif essentiel de ce travail est de déterminer les variations passées du CO2 atmosphérique à partir de l'analyse de l'air piégé dans la glace. Cette étude a été centrée sur deux époques du passé, à savoir : l'époque récente couvrant en particulier les derniers siècles, afin de déterminer le niveau en CO2 de l'atmosphère "pré-industrielle", la fin de la dernière glaciation (vers 18 000 B.P.) et la transition âge glaciaire-Holocène afin de préciser les résultats obtenus précédemment. Dans le premier chapitre, nous présentons les différents mécanismes conduisant au piégeage de l'air dans la glace et discutons les conditions à réunir pour que l'air analysé soit représentatif de l'atmosphère. Dans le deuxième chapitre, nous discutons la partie expérimentale de notre travail, en présentant en particulier les tests que nous avons faits sur notre méthode d'analyse et les résultats positifs de la comparaison de notre méthode avec celle utilisée par l'Institut de Physique de Berne. Nous concluons que la précision relative de nos résultats est inférieure à 4% et qu'ils sont représentatifs des variations en CO2 de l'atmosphère.

La plaine du Gharb au Maroc, souffre d'excès d'eau pendant l'hiver et du déficit hydrique en été. Cet état de fait explique la faible rentabilité des investissements hydro agricoles réalisés à ce jour par le gouvernement. L'originalité de ce travail réside dans le fait de relier l'évacuation des eaux de surface excédentaires au cours de l'hiver, et la satisfaction des besoins en eau de la culture dès le printemps où elle commence à connaître un déficit hydrique.<br />Deux objectifs sont assignés à ce travail : (i) l'évaluation des performances hydrauliques et agronomiques du drainage de surface et (ii) l'évaluation de l'impact de l'excès d'eau sur la culture de la betterave à sucre. Il repose sur (i) une approche expérimentale et (ii) une modélisation des processus en question. Pour ce faire, des comparaisons ont été effectuées entre trois parcelles : (i) une parcelle nivelée selon une pente S0 de 0.2 % et irriguée à la raie, (ii) une parcelle non nivelée irriguée par aspersion et (iii) une parcelle nivelée selon une pente S0 de 0.2% dans la même sens que la première parcelle mais dépourvue de raies et irriguée par aspersion.<br />L'étude expérimentale a clairement démontré la capacité d'une parcelle avec raies à évacuer efficacement les excès d'eau pendant l'hiver comparativement à une parcelle non nivelée. Sur cette dernière, les submersions locales affectent fortement la production de la betterave à sucre. Le système de raies fournit les meilleurs rendements suivis de près par le système nivelé irrigué par l'aspersion.<br />Un modèle de ruissellement a été spécifiquement développé pour la prédiction du volume ruisselé et du débit maximal de ruissellement à l'exutoire d'une parcelle avec raies soumise à des événements pluvieux intermittents et d'intensités variables. Ce modèle utilisant entre autre pour entrée le hyetogramme de pluie d'une période de retour 1 an met en évidence le sous dimensionnement des fossés destinés à recueillir les eaux à l'aval des parcelles chez les agriculteurs. Les performances agronomiques de la raie ont été évaluées à l'aide du modèle SOFIP qui simule l'impact de l'irrigation à la raie sur la productivité de l'eau. Pour la parcelle non nivelée, le modèle PILOTE a été adapté pour simuler l'impact de la submersion sur la productivité de la betterave à sucre. Les simulations du rendement effectuées sur une série de onze années montrent clairement l'avantage du système gravitaire modernisé par rapport au système aspersif non nivelé et ce, pour différentes dates de semis. On peut pour conclure affirmer que le développement agricole dans la plaine du Gharb doit être raisonné en tenant compte des excès d'eau hivernaux préjudiciables aux cultures.

Une partie des travaux présentés dans ce mémoire est inspirée du modèle mathématique écrit sous forme " semi strict feedback " du vérin électropneumatique présent au centre d'essais Fluid Power du laboratoire Ampère. En effet, ce modèle a suscité un approfondissement des travaux de recherche concernant la synthèse de lois de commandes non linéaires robustes des systèmes " strict feedback " (ou triangulaires) généraux. Ainsi deux approches directes sont développées pour l'élaboration de lois de commandes continues mono et multidimensionnelles en suivi de trajectoires. La stabilité exponentielle globale du point d'équilibre est prouvée pour le système nominal. La preuve de la stabilité au sens entrée bornée / état borné (" input-state stable ") est également proposée dans le cas de variations paramétriques ou de dynamiques mal modélisées. De plus, une solution au problème du suivi de trajectoire pour une classe de systèmes non linéaires monodimensionnels sous forme " strict feedback " avec une dynamique interne à minimum ou non minimum de phase est énoncée. Après un rappel des modèles de simulation et de commande utilisés, la mise en oeuvre sur le vérin électropneumatique des approches proposées est alors décrite. Les résultats expérimentaux obtenus sont convaincants et ont permis de compléter le benchmark de l'ensemble des travaux du groupe "Automatique, Commande et Mécatronique " du laboratoire par une extension du tableau comparatif initialisé en 1999 des lois de commandes appliquées à ce type d'actionneur. Enfin, une solution est proposée pour résoudre le phénomène du redécollage du vérin électropneumatique. Ce problème, rencontré par le groupe depuis de nombreuses années, concerne toutes les commandes linéaires et non linéaires mono et multidimensionnelles étudiées au laboratoire. Il se traduit par un mouvement saccadé du vérin lorsque les trajectoires suivies en position comportent des phases statiques. Il résulte conjointement de l'existence des forces de frottement sec et du fait que le système atteint lors de ces régimes seulement un équilibre mécanique alors que les pressions dans les chambres continuent à évoluer. Pour pallier à cet inconvénient, la dernière partie de ce mémoire propose de commuter la commande sur deux régulations de pressions quand le système atteint cet équilibre partiel. Cette technique est finalement mise en oeuvre et son efficacité est constatée.

Le cadre général de ce travail concerne la modélisation du comportement mécanique sous impact de merlons de protection contre les chutes de blocs rocheux. Les ouvrages ciblés sont à technologie cellulaire, et sont composés de gabions à enveloppe grillagée remplis de matériaux granulaires (pierres concassées ou mélange de sable et de déchiquetas de pneus). L'absence de recommandations relatives au dimensionnement de ce type de structure de protection a conduit à la mise en place du projet ANR REMPARe couplant expérimentations in situ et modélisations numériques. Dans le cadre de ce projet, une méthode numérique innovante couplant les approches discrète et continue a été développée. Localement, la méthode des éléments discrets est employée pour conserver la précision de modélisation dans les zones fortement sollicitées proches de l'impact. Le remblai technique aval, peu sollicité, a été discrétisé par une méthode continue aux différences finies. La jonction entre ces deux zones fait l'objet d'un couplage basé sur des critères de conservation d'énergie et de condition cinématique en déplacement. Un modèle de comportement pour les gabions a été proposé et calibré à partir d'essais expérimentaux réalisés à l'échelle de la cellule. Des simulations d'impacts sur un merlon de protection prototype ont été menées puis validées par comparaison avec les mesures issues des expérimentations en vraie grandeur. Afin d'améliorer la compréhension des mécanismes engendrés, l'étude paramétrique portant sur les propriétés des matériaux et les caractéristiques d'impact a permis d'évaluer leur influence sur le mécanisme d'impact.

Réseau Ferré de France et la Société Nationale des Chemins de Fer souhaitent mettre à jour le référentiel technique datant de 1985 régissant l'utilisation des ouvrages de soutènement en sol renforcé rapporté. L'objet de ce travail de thèse est l'étude du comportement des ouvrages en Terre Armée sous sollicitation ferroviaire, notamment en terme de déformation verticale. Dans le cadre de cette recherche, un programme d'essais de grande ampleur a été mis en oeuvre. Il s'appuie essentiellement sur un ouvrage expérimental en vraie grandeur associant un soutènement en Terre Armée et un remblai classique, ce dernier servant de référence. Une large gamme de sollicitations, incluant aussi des chargements statiques supérieurs ou égaux aux états de service, a permis la mise en évidence de l'influence de la fréquence de sollicitation sur la réponse de l'ouvrage et les effets de la fatigue entraînés par sept années de trafic ferroviaire. L'interaction sol - armature a été caractérisée au moyen d'essais d'extraction sous application d'efforts dynamiques. Deux modèles aux éléments finis, l'un, bidimensionnel discret et l'autre, tridimensionnel homogénéisé, ont été développés en tenant compte des enseignements tirés d'un concours de prévisions de la réponse de l'ouvrage soumis à un chargement statique. Un travail spécifique a été mené sur l'interface sol - armature. Enfin, un modèle physique centrifugé et une instrumentation adaptée ont été mis au point pour permettre un approfondissement de ce travail de recherche.