Comment utiliser de manière quantitative l'information fournie par un dispositif de télédétection météorologique afin d'améliorer la mesure conventionnelle donnée par les réseaux de stations au sol ? Pour répondre à cette question, importante d'un point de vue pratique, ce mémoire propose une approche géostatistique permettant, d'une part, de vérifier la qualité des mesures obtenues par chaque dispositif, et d'autre part de combiner les mesures sol aux images de télédétection. Des exemples d'application concernant la mesure des précipitations et de l'insolation sont analysés afin d'illustrer la méthodologie proposée en la comparant à des approches plus traditionnelles. La définition d'un protocole de validation s'appuie sur des rappels de géostatistique classique (Chapitre 1). Ce protocole fixe des valeurs de référence permettant de vérifier les résultats obtenus par un dispositif de mesure d'après différents critères statistiques d'erreur (Chapitre Il). Le système de cokrigeage est décrit en terme de méthode d'étalonnage capable de combiner des mesures ponctuelles et de télédétection (Chapitre IV). Différentes simplifications de cette méthode sont détaillées et rapprochées des méthodes classiques d'étalonnage (Chapitre VII). Les données utilisées pour mettre en oeuvre ces méthodes de validation et d'étalonnage (Chapitres III, V et VII) sont des mesures de précipitations en région tempérée (radar et pluviomètres dans le Bassin Parisien) ou semi-aride (satellites et pluviomètres en Arabie) et des mesures d'insolation en région tempérée (satellite et héliographes en France).

La géostatistique fournit de nombreux outils pour caractériser et traiter des données réparties dans l'espace. La plupart de ces outils sont basés sur l'analyse et la modélisation d'une fonction appelée variogramme qui permet de construire différents opérateurs spatiaux : le krigeage et les simulations. Les modèles variographiques sont relativement intuitifs : certains paramètres variographiques peuvent être directement interprétés en termes de caractéristiques structurales. Ces approches sont cependant limitées car elles ne permettent pas de prendre correctement en compte la structuration locale des données. Plusieurs types de modèles géostatistiques non-stationnaires existent. Ils requièrent généralement un paramétrage compliqué, peu intuitif, et ils n'apportent pas de réponse satisfaisante quant à certains de types de non-stationnarité. C'est pour répondre au besoin d'une prise en compte efficace et opérationnelle de la non-stationnarité dans un jeu de données que, dans le cadre de cette thèse, nous prenons le parti de déterminer des paramètres variographiques locaux, appelés M-Paramètres par des méthodes de traitement d'images. Notre démarche se fonde principalement sur la détermination des paramètres morphologiques de dimensions et d'orientations de structures. Il résulte de la détermination de M-Paramètres une meilleure adéquation entre modèles variographiques et caractéristiques structurales des données. Les méthodes de détermination de M-Paramètres développées ont été appliquées sur des données bathymétriques, sur des jeux de données laissant apparaître des corps géologiques complexes ou encore sur des jeux de données environnementaux, liés au domaine de la pollution en zone urbaine par exemple. Ces exemples illustrent les améliorations de résultats de traitement géostatistique obtenus avec M-Paramètres. Enfin, partant du constat que certains phénomènes ne respectent pas une propagation euclidienne, nous avons étudié l'influence du choix de la distance sur les résultats de krigeage et de simulation. En utilisant des distances géodésiques, nous avons pu obtenir des résultats d'estimation impossible à reproduire avec des distances euclidiennes.

L'état des cours d'eau est caractérisé à partir des réseaux de mesure, qui comportent un nombre réduit de stations par bief, ou à l'aide de modèles déterministes, qui simulent les processus physiques de façon approchée. La thèse explore les solutions offertes par la géostatistique pour améliorer l'estimation des concentrations le long d'un réseau hydrographique à partir des mesures aux stations, puis pour combiner ces mesures à la modélisation déterministe. Un modèle variographique valide sur un arbre a été développé par C. Bernard-Michel (2006), mais l'inférence n'avait pu être réalisée, les stations de mesure s'avérant trop peu nombreuses. Pour remédier à ce manque de données, la démarche consiste à utiliser le modèle déterministe ProSe (Even et al, 1998, 2004, Flipo et al, 2004) comme maquette. Pour les nitrates et l'oxygène dissous, les résultats du modèle ProSe sont d'abord comparés à différents ensembles de mesures, révélant des discordances. Des conditions aux limites amont combinant ces différents types de mesure sont reconstruites par co-krigeage, ce qui améliore la concordance entre ProSe et les mesures. Par ailleurs, la modélisation conjointe des variogrammes des mesures et des résultats de ProSe s'avère être un outil efficace de diagnostic des imperfections du modèle déterministe. Jugée admissible comme maquette, la simulation ProSe est utilisée pour tester les hypothèses de la modélisation géostatistique et en réaliser l'inférence. Différents modèles géostatistiques permettant d'estimer les concentrations entre stations à partir des mesures sont alors comparés. Enfin, la simulation ProSe est recalée aux mesures via une estimation géostatistique bivariable.

Lors des études de tracés routiers ou autoroutiers dans les zones de sols compressibles, la reconnaissance géotechnique des sols utilise différentes techniques de sondage, de prélèvement d'échantillons de sol intact ou remanié, d'essais en place et d'essais en laboratoire. Ces sondages et essais sont répartis régulièrement le long du tracé envisagé, mais ils ne concernent qu'une fraction minime du sol qui aura à supporter le remblai, de sorte qu'il existe une certaine incertitude sur les propriétés réelles de ces sols. Cette incertitude sur les propriétés mécaniques des sols se traduit par une incertitude sur la représentativité des résultats des calculs réalisés lors de l'élaboration du projet. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse porte sur le traitement quantitatif de cette incertitude dans le cas des calculs de stabilité à court terme des remblais sur sols mous. Le traitement de l'incertitude sur les propriétés de résistance au cisaillement non drainé des sols mous a été effectué en suivant la démarche habituelle des ingénieurs chargés d'élaborer de tels projets : - définition de couches homogènes du point de vue de la nature et des principes généraux de comportement des sols, - utilisation éventuelle de corrélations pour compléter les données directement utilisables pour les calculs, - définition de valeurs "représentatives" des différents paramètres nécessaires au dimensionnement. A partir de cette étape de l'étude, on passe à un traitement de type probabiliste, afin de déterminer l'incertitude sur la valeur estimée du coefficient de sécurité le long du tracé et de calculer des probabilités de rupture. L'analyse des résultats de la reconnaissance géotechnique a été effectuée en utilisant les méthodes de géostatistique. Tous les traitements effectués sur les données sont représentés sur l'écran d'une console de visualisation interactive, qui sert également à transmettre à la chaîne de traitement les instructions qui lui sont nécessaires. L'estimation des valeurs des paramètres mécaniques du sol entre les sondages de reconnaissance est effectuée au moyen du programme Bluepack de l'E.N.S.Mines de Paris. Pour le calcul de la stabilité du remblai, on a utilisé un schéma de calcul en rupture circulaire, en analysant la stabilité de blocs de sol cylindriques et de longueur limitée. Le calcul de la loi de probabilité des valeurs du coefficient de sécurité, dont on déduira la probabilité de rupture, est effectué par la méthode de Monte Carlo. La méthode développée dans le cadre de cette thèse a été appliquée à l'analyse de la stabilité d'un long remblai sur sols mous dont la construction a été étudiée dans le sud-ouest de la France. L'étude permet de retrouver par le calcul un résultat bien connu, qui est qu'il existe une longueur critique vis à vis de la stabilité du remblai, et de prévoir la position de cette zone le long du tracé. La méthode d'étude ainsi développée constitue une première étape dans la résolution de ce problème complexe de la prévision des risques de rupture sur les tracés de remblais sur sols mous, compte tenu du volume limité des reconnaissances qu'il est possible d'effectuer en pratique.

La modélisation de dépôts fluviatiles à l'échelle du réservoir pétrolier est fréquemment réalisée à l'aide de simulations stochastiques. Ces méthodes sont opérationnelles et éprouvées mais manquent souvent de réalisme. Elles visent à reproduire une certaine hétérogénéité de faciès sans intégrer les processus gouvernant la sédimentation. Cependant, dans les dernières décennies, de nouveaux modèles déterministes d'évolution des systèmes fluviaux méandriformes ont été élaborés et validés sur des périodes de temps historiques. L'objectif de ce travail est alors de combiner méthodes stochastiques et déterministes à l'échelle des temps géologiques pour simuler la formation de réservoirs pétroliers chenalisés. A partir des équations de l'hydraulique fluviale, un modèle d'évolution spatiale est proposé pour un chenal méandriforme de largeur constante assimilé à sa ligne médiane. L'ossature ainsi obtenue est habillée avec un modèle de faciès simulant les différents dépôts. Leur mise en place se fait en retenant des modèles physiques ou descriptifs simples qui prennent en compte les conditions hydrauliques dans le chenal, la topographie de la plaine d'inondation et intègrent une composante stochastique. Il est ainsi possible de modéliser des architectures variées exprimant la réponse du système fluvial à un nombre restreint de paramètres clés. Les courbes de proportions verticales permettent d'étudier l'influence de plusieurs paramètres du modèle. Ces paramètres déterminés, la migration du chenal est contrainte par l'érodabilité de la rive qui corrige la migration prévue par les modèles d'écoulements à l'intérieur du chenal. L'utilisation de ce paramètre, sous forme de cartes obtenues par simulation conditionnelle, est simple à mettre en oeuvre et permet de définir des zones de migration préférentielle du chenal. Enfin, le conditionnement aux puits est réalisé à partir de simulations spatio-temporelles de l'érodabilité le long du chenal. Les simulations obtenues sont réalistes, rapides, diversifiées et mettent en évidence la distribution spatiale des corps réservoirs. Les dépôts simulés sont génétiquement liés: leur reconstruction chronologique est possible et cohérente.

Le sol présente une variabilité spatiale des propriétés physiques et mécaniques dont les effets sur des structures légères avec semelles filantes et sur les conduites enterrées ne sont pas bien pris en compte dans leur dimensionnement. Cette variabilité naturelle peut être très importante dans le cas de ces ouvrages car elle induit des tassements différentiels, dont les conséquences peuvent être dommageables : fissures dans les murs, les poutres ou encore des fuites dans les réseaux d'assainissement. La variabilité naturelle du sol et l'incertitude liée à la connaissance imparfaite des propriétés du sol et/ou du béton ou de l'acier de la structure sont les principales sources d'incertitude dans le choix des paramètres de calcul pour le dimensionnement de ces structures. Dans cette thèse, une approche analytique avec les méthodes probabilistes (FOSM et SOSM) et le modèle de Winkler, puis numérique avec le couplage de la méthode des éléments finis avec des approches géostatistiques ont été successivement menées pour modéliser le comportement des semelles filantes et des conduites enterrés lorsque les incertitudes sur les propriétés mécaniques du sol et de la structure sont prises en compte dans leur dimensionnement. Il apparait ainsi, l'importance du comportement longitudinal de ces ouvrages et du poids des incertitudes dans leur dimensionnement.

Actuellement, la restauration des oeuvres d'art, notamment des statues fracturées, repose sur des techniqueséprouvées, mais empiriques. Les statues endommagées comportent souvent des parties brisées. Leur restaurationconsiste la plupart du temps à les rassembler. Ainsi apparait la nécessité de prendre en compte lespropriétés mécaniques des interfaces entre les différentes parties brisées, ce qui permet de limiter l'ampleur desréparations et ainsi, de mieux conserver l'intégrité de l'oeuvre. Par ailleurs, les techniques numériques d'acquisition3D font leur entrée au service de la conservation du patrimoine. Cette thèse propose une méthodologiecapable d'utiliser des données issues d'une acquisition 3D pour simuler les opérations de restauration et leurseffets sur la structure de l'oeuvre. Les processus de restauration peuvent ainsi être testés et optimisés.Un scanner laser est utilisé pour l'acquisition de la géométrie des oeuvres, ce qui nous permet de reconstruireun modèle 3D pour la simulation numérique. Les calculs sont menés dans le cadre de la mécanique des milieuxcontinus déformables avec FLAC3D. Pour vérifier tous les points clés garantissant la stabilité mécanique, lecomportement des éléments de renforts et celui des interfaces entre les blocs ont été considérés. À partirdes résultats de ces études, une critique des stratégies de restauration mises en oeuvre ou envisageables estproposée.De plus, plusieurs méthodes de caractérisation visant à retrouver la provenance du matériau et/ou estimerles propriétés mécaniques de l'oeuvre sont proposées : caractérisations physico-chimiques et minéralogiques,essais non destructifs et destructifs. Une campagne expérimentale visant à caractériser le comportement desfractures en contact frottant avec acquisition de l'état de surface a été réalisée. Une analyse des corrélationsentre les propriétés mécaniques et morphologique des interfaces est ensuite élaborée. Enfin nous proposonsdes modèles prédictifs construits par régressions linéaires multiples et multivariées. Cette étude permet desimuler le comportement d'une oeuvre fracturée.

La région de Katiola, située au centre de la Côte d'Ivoire est affectée par des variations climatiques. Cette région d'une superficie de 9452 kilomètres est à cheval sur deux bassins versants, à l'ouest le bassin du Bandama et à l'est le bassin du Comoé. Malgré le manque des ressources en eau, cette zone connaît une intense activité de mobilisation et d'utilisation des eaux : périmètres sucriers dans les localités de Tafiré, les parcelles de riz irriguées et activités pastorales à travers le département. Ce travail consiste à localiser les sites potentiels des puits et forages à l'aide de la géostatistique et de la télédétection. Des outils tel que les sondes géophysiques, permettent une compréhension des caractéristiques hydrogéologiques des formations. Une compréhension de la productivité des formations géologiques par l'étude des relevés de forages et de la télédétection peut permettre une meilleure compréhension des aquifères de ces formations. L'objectif de cette étude est de mettre en place des valeurs de référence devant servir comme outils de gestion, de surveillance et voire même d'aide à la prise de décision. Egalement rentabiliser le coût des forages en proposant le maximum d'ouvrages avec beaucoup de chance de succès et établir un lien entre les formations et la circulation de l'eau souterraine (espacement, longueur, connectivité). Cette étude nous a présenté les potentialités que regorgent les images SRTM. Leur traitement nous a permis de faire une cartographie assez détaillée des limites de bassin versant, du réseau hydrographique, et d'établir l'ordre des cours d'eau selon Strahler. Le calcul de l'Index Topographique d'Humidité montre bien la corrélation entre la topographie, les sols et la qualité des sols. Malgré l'étendue de notre zone d'étude, il a été possible de trouver une corrélation entre les indices topographiques, la répartition des champs et les caractéristiques du sol. Ces résultats nous ont permis d'avoir une nette amélioration de la classification des sols et l'occupation à partir d'image LANDSAT. Les images LANDSAT, nous ont également permis de suivre le phénomène d'eutrophisation et de disparition des plans d'eau de surface dont souffre le département. Nous avons pu établir l'ordre d'apparition des végétaux sur les plans d'eau, ceci jusqu'à la disparition totale du cours d'eau

CETTE RECHERCHE DEMONTRE L'INTERET DE L'IMAGERIE SATELLITAIRE COMME SUPPORT D'ENQUETE DE TERRAIN ET COMME BASE DE SONDAGE. APRES AVOIR JUSTIFIE LE CHOIX D'UN TIRAGE SYSTEMATIQUE NON ALIGNE POUR COLLECTER LES DONNEES DE TERRAIN, QUELQUES OUTILS PERMETTANT DE DECRIRE LE NOMBRE, LA TAILLE ET L'ESPACEMENT DES UNITES D'OBSERVATION SONT ANALYSES. ENFIN, L'APPORT DE LA TELEDETECTION ASSOCIE AUX METHODES D'ENQUETE AREOLAIRES (SONDAGES SPATIAUX) PERMET D'AMELIORER LES PRECISIONS D'ESTIMATION. LA PRECISION RELATIVE (COEFFICIENT DE VARIATION) EST PASSEE DE 46 POUR CENT SANS LA TELEDETECTION SPATIALE A 87 POUR CENT AVEC CELLE-CI. DES ZONES PASTORALES, AGROPASTORALES ET OASIENNES DU SAHEL SUD-MAURITANIEN SERVENT D'EXEMPLE.

Les ouvrages hydrauliques – barrages et digues – sont des ouvrages de génie civil à risque. Leur rupture engendre des conséquences humaines et matérielles souvent dramatiques. Parmi eux, les barrages en remblai représentent une part importante du parc de barrages au niveau national comme mondial, auxquels s’ajoutent d’importants linéaires de digues en remblai fluviales et maritimes. La sécurité structurale de ces ouvrages est traditionnellement évaluée par des méthodes déterministes ou semi-probabilistes aux états-limites. Cependant, la réglementation française en matière d’ouvrages hydrauliques a récemment évolué en préconisant pour les grands barrages la réalisation d’études de dangers (EDD) basées sur les méthodes d’analyse de risques et impliquant l’utilisation de démarches probabilistes. Dans ce cadre, l’objectif principal de la thèse est de développer une démarche probabiliste pour l’évaluation de la fiabilité structurale des ouvrages hydrauliques en remblai vis-à-vis du mécanisme de glissement, qui constitue l’état-limite conditionnant la géométrie de ces ouvrages. Le développement d’une telle démarche nécessite de traiter trois questions scientifiques principales : · l’élaboration d’un modèle hydromécanique pour l’évaluation déterministe de la stabilité de l’ouvrage vis-à-vis du mécanisme de glissement ; · la modélisation probabiliste de la variabilité spatiale des propriétés mécaniques et hydrauliques des matériaux constituant le remblai ; · le couplage mécano-fiabiliste intégrant les modèles de variabilité spatiale au modèle hydromécanique. De nombreux travaux de recherche ont été réalisés sur ces questions et sont disponibles dans la littérature scientifique. Cependant, ils ne traitent qu’une partie des aspects de la problématique globale d’évaluation de la fiabilité et l’absence de recherches intégratrices est à déplorer. Notre travail, propose une démarche méthodologique complète intégrant l’ensemble des questions scientifiques, en mettant en oeuvre des démarches de modélisation hydraulique et mécanique s’appuyant sur des données réelles disponibles sur un barrage en remblai. La démarche générale développée est appliquée à un barrage bien documenté servant de cas d’étude. Le modèle hydromécanique utilise la méthode des éléments finis et est développé avec le code élément finis Cast3M ouvert et compatible avec un usage en recherche scientifique. Le modèle développé permet le calcul du facteur de sécurité de l’ouvrage par la méthode de réduction de paramètres en intégrant un champ de pressions interstitielles calculé en régime transitoire. La variabilité spatiale des paramètres des matériaux du remblai est modélisée à partir d’une analyse géostatistique des mesures de contrôle de compactage sous forme de champs aléatoires qui sont intégrés au modèle éléments finis. Un couplage mécano-fiabiliste entre le code de calcul Cast3M et le logiciel de fiabilité OpenTURNS permet au final de propager les incertitudes et d’évaluer la fiabilité de l’ouvrage. / Hydraulic works – dams and dikes – are risky civil engineering structures. Dramatic consequences in terms of human and material losses may be induced by their failure. Embankment dams represent an important part of the whole dams in France and the majority of dams worldwide, without considering the important lengths of fluvial and coastal dikes. The structural safety of such structures is traditionally evaluated with limit-state deterministic or semi-probabilistic methods. Nevertheless, French regulations regarding hydraulic works has recently evolved and now impose for all large dams the realization of risk assessment studies based on probabilistic approach. In this purpose, the principal objective of this thesis work is to develop a probabilistic approach to evaluate earth dam reliability concerning the sliding mechanism, which is one of the designing limit-state of such structures. Three scientific issues have to be treated for developing such approach: · elaboration of an hydro-mechanical model for the dam deterministic evaluation towards sliding mechanism; · probabilistic modeling of hydraulic and mechanical soil properties spatial variability; · mechanical-reliability coupling with integration of the spatial variability representations in the hydro-mechanical model. Some research studies already exist on these issues. However these works concern generally only a part of the general issue: the lack of global work is to be deplored. Our work proposes a global methodologic approach taking into account the whole scientific issues and applying hydraulic and mechanical modeling approaches based on real data available in the earth dam. The developed approach is then applied on a dam case study. Hydro-mechanical model uses finite element method and is developed with the user-free code Cast3M which is compatible for a research use. This code allows the safety factor calculation through the strength reduction technique with integration of the pore pressures field estimated in transient condition. The spatial variability of embankment properties is represented with random fields based on a geostatistical analysis of construction controls data. These random fields are then integrated into the finite element model. A coupling between the physical finite element code Cast3M and the reliability software OpenTURNS finally allows assessing the uncertainties propagation and the reliability evaluation of the studied dam.