Les mécanismes qui mènent à la morphologie actuelle des Andes de Neuquén, dans le sud des Andes centrales (Argentine), sont mal compris. Dans ce travail, nous avons étudié les marqueurs morphotectoniques de la déformation au front de l'orogène qui montrent que le régime tectonique régional est compressif au Plio-Quaternaire. La partie méridionale des Andes de Neuquén constitue un prisme orogénique critique alors que la partie septentrionale implique plutôt la réactivation de blocs crustaux isolés dans l'avant-pays. Par ailleurs, le soulèvement dans l'avant-pays d'une large province crustale loin du front orogénique habituellement considéré à ces latitudes, traduit l'élargissement de l'orogène. Certaines structures extensives contemporaines de la compression s'expliquent par des glissements gravitaires similaires à ceux observés sur les marges passives. Les soulèvements crustaux et les couches sédimentaires ductiles contrôlent au premier ordre le processus. Des modèles numériques et une solution analytique montrent que l'incision fluviatile et la sédimentation favorisent ou inhibent l'initiation du processus.

Le remaniement sédimentaire sous forme de glissements synsédimentaires est un témoin de l'évolution géodynamique à long terme d'un bassin sédimentaire. Cette étude, réalisée dans le Bassin vocontien (SE France), dans le contexte paléogéographique d'une vallée sous-marine, a cherché à mettre en évidence le rôle des propriétés initiales du sédiment dans le phénomène de glissement. L'essentiel des travaux réalisés concerne les alternances marno-calcaires et leurs remaniements (slumps) pendant l'Hauterivien. La biostratigraphie des slumps a été réalisée grâce à l'abondance des ammonites. Pour caractériser la lithologie originelle de la tranche affectée par le glissement, une coupe composite représentative a été construite à partir de différentes coupes exemptes de slumps. La corrélation entre cette coupe composite et la coupe de Serres-Montclus, suivie d'une interprétation en temps, a permis de distinguer d'une part deux types du matériel glissé (alternance très marneuse et alternance riche en calcaire), et d'autre part de suggérer que les changements climatiques provoquent une condition (indirecte) favorable à la génération des glissements (cycles de Milankovitch). L'hétérogénéité de la masse glissée et des structures internes caractéristiques dans les slumps ont mis en évidence un mécanisme de désintégration (incomplète) par cisaillement dans les intervalles marneux. Une configuration initiale de la tranche affectée a été restaurée par une décompaction sommaire. Les éléments de base pour une modélisation géomécanique du comportement d'un massif hétérogène à alternance marno-calcaire, en cours de lithification sur la pente, ont été mis en place.

La méthode présentée dans ce mémoire vise à résoudre numériquement les équations d'Euler en 2D/3D modélisant l'écoulement de plusieurs matériaux compressibles, non-miscibles et de nature différentes. Il s'agit en particulier de reconstruire une interface d'épaisseur nulle entre ces matériaux, sans introduire de mélange entre eux. L'originalité de cette méthode purement eulérienne réside dans l'utilisation d'un schéma volumes finis direct. Le concept de ”condensat” est introduit et étudié dans ce mémoire, qui permet de calculer l'évolution de l'interface dans la grille eulérienne fixe. De plus, cette méthode permet un glissement parfait des matériaux les uns par rapport aux autres et une conservation locale des grandeurs eulériennes. La qualité de la méthode est évaluée par des cas-tests académiques ainsi que par des cas-tests éprouvant la robustesse de la méthode

Si l'amorçage des fissures de fatigue est aujourd'hui bien compris dans le cas de monocristaux de métaux purs, ce phénomène s'avère plus complexe à cerner et à prédire dans le cas d'alliages métalliques polycristallins tels que l'acier AISI 316LN.D'un point de vue expérimental, notre étude s'est concentrée sur la caractérisation du comportement mécanique et l'étude, à différentes échelles, des phénomènes liés à l'amorçage des fissures de fatigue oligocyclique dans l'acier 316LN. Pour des niveaux de déformation appliquée de Δε/2 = 0,3 et 0,5%, l'adoucissement cyclique observé au cours des essais coïncide avec l'organisation des dislocations sous forme de bandes. Ces bandes sont liées à l'activation des systèmes de plus haut facteur de Schmid. Elles portent la majeure partie de la déformation et provoquent en surface des intrusions et extrusions favorisant l'apparition et la coalescence de fissures.D'un point de vue modélisation, nous avons proposé un nouveau modèle de plasticité cristalline intégrant des dislocations géométriquement nécessaires (GND) directement calculées à partir du second gradient de la rotation élastique. Implémenté dans les codes d'éléments finis AbaqusTM et Cast3mTM, ce modèle s'inspire des travaux sur le monocristal en transformations finies de Peirce et al. (1983) et de Teodosiu et al. (1993). Adapté au cas des polycristaux par Hoc (1999) et Erieau (2003), il a été enrichi par l'introduction GND selon la théorie proposée par Acharya et Bassani (2000). Les simulations réalisées sur des différents types d'agrégats (2D extrudé et 3D) montrent que la prise en compte de GND permet :- de reproduire les effets de taille de grains au niveau macroscopique et local,- de décrire plus finement les champs de contraintes calculés.Ces simulations ont permis de mettre en évidence l'influence des matrices d'élasticité et d'écrouissage sur les valeurs et l'évolution des contraintes macroscopique effective et cinématique moyenne et le rôle important des conditions aux limites lors des calculs d'agrégats.

L'objectif de cette thèse est d'étudier la dynamique et le désordre spatial de l'orientation de l'axe facile, d'un cristal liquide nématique. La première partie du manuscrit est consacrée à l'étude de la dynamique de l'axe facile. Cette dynamique est généralement décrite au niveau moléculaire par deux procédés différents impliquant un mécanisme d'adsorption / désorption (AD) à la surface et la relaxation conformationelle d'un polymère. Nous avons élaboré une expérience et un modèle originaux capables de séparer l'influence de ces deux mécanismes microscopiques. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé statistiquement le désordre orientationnel de l'axe de facile pour différentes couches d'ancrage. Le désordre a des propriétés universelles, c'est à dire qu'il est le même sur toutes les surface analysées. Nous avons ensuite construit un modèle basé sur le « quenching » en surface des fluctuations nématique orientationnelles causé par le processus d'AD. Dans la dernière partie, nous avons mis en place une méthode avec une résolution spatiale et temporelle capable de capturer l'orientation moyenne de l'axe facile et sa distribution spatiale en fonction du temps. Nous montrons que le glissement de l'axe facile moyen se produit avec un changement relativement faible de son désordre spatial. / The aim of this PhD is to investigate the dynamics and the spatial disorder of the easy axis orientation, in the case of a nematic liquid crystal. The first part of the manuscript is devoted to the study of the easy axis dynamics. This dynamics is usually described at molecular level by two different processes involving adsorption/desorption (AD) at the surface and polymer conformal relaxations. We devise an original experiment and we build a general model able to separate the influence of these two microscopic mechanisms. In the second part, we statistically characterize the orientational disorder of the easy axis in a whole set of different anchoring layers. This disorder is found to have universal properties, i.e. it is the same on all the analyzed layers. We then build up a model based on the surface quenching of the nematic orientational fluctuations due to the AD-process. In the final part, we set up a method with spatial and temporal resolution capturing the average easy axis orientation and its spatial distribution as function of time. We show that the drift of the average easy axis occurs with a relatively small change of its spatial disorder.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension de l'interaction entre des sollicitations de haute fréquence tangentielles et le déclenchement du glissement macroscopique, ainsi que la dynamique frictionnelle subséquente. Le travail est basé sur une approche expérimentale permettant d'étudier, à des fréquences ultrasonores, les propriétés élastiques et dissipatives de contacts sphère-plan en régime linéaire et non-linéaire. La méthode consiste à mesurer les caractéristiques de la résonance d'un piezoélectrique (fréquence de résonance et facteur de qualité) modifiées par l'établissement d'un contact mécanique. Le seuil de glissement est ajusté par le contrôle de la nature moléculaire de l'interface frictionnelle, constituée de films nanométriques greffés ou déposés par spin-coating. Nous commençons par étudier les propriétés physiques et mécaniques en régime linéaire de ces interfaces contrôlées. Ensuite, nous évaluons l'influence de l'amplitude des oscillations sur le l'angle de repos d'une sonde placée sur un plan incliné. Lorsque l'amplitude augmente, le seuil de glissement est abaissé quelle que soit la polarisation des oscillations. L'effet des vibrations est de diminuer la surface effective sur laquelle est appliquée la contrainte seuil statique, ce qui diminue la force seuil. Nous discutons de ces résultats à l'aide interprétation basée sur l'énergie vibratoire, qui jouerait un rôle proche d'une température effective dans un diagramme de « jamming ».Ensuite, nous étudions le comportement de contacts sphère-plan à de très hautes amplitudes oscillatoires. Nous observons un régime micro-glissement partiel au cours duquel le comportement du contact oscille entre micro-glissement partiel et total. Aux plus hautes amplitudes, les oscillations provoquent une fracture interfaciale et le rayon de contact diminue. Enfin, l'application d'oscillations tangentielles augmente la vitesse de glissement d'un patin soumis à une force constante. Dans le cas d'un film interfacial macromoléculaire, nous discutons des diverses interprétations possibles aux échelles microscopiques / The aim of this work is to bring new insights to the understanding of the interaction between high frequency tangential vibrations and the macroscopic triggering of sliding, as well as the subsequent frictional dynamics. This experimental work is based on a method that allows studying, at ultrasonic frequencies, the elastic and dissipative characteristics of sphere-plane contacts, in linear and non-linear regimes. The method relies on the measurement of the resonance frequency and the quality factor of a quartz, which are modified by the mechanical contact with a probe. The sliding threshold is adjusted by the control of the molecular nature of the frictional interface, which can be either grafted or spin-coated onto the quartz. We first characterize the physical and mechanical properties of the various interfaces in the linear regime. Then, we study the effects of the oscillation amplitude on the angle of repose of the probe in contact with the quartz which is grafted with monolayers of high and low adhesion energy. When the oscillation amplitude increases, the angle of repose decreases whatever the polarisation of the vibrations. The vibrations shall decrease the effective surface area on which the static stress applies, which decreases the static force at the threshold. We discuss the results within the framework of the Mindlin model, which suggests that the oscillatory energy could play the role of an effective temperature in a jamming diagram. In the last part of the work, we study the response of the mechanical contact at very high amplitudes. We observe a micro-slip regime beyond the Mindlin limit, where the behaviour of the contact oscillates between partial and full microslip, leading eventually to interfacial fracture. When the probe is sliding on the incline at constant velocity, the high frequency vibrations increase the sliding velocity. In the case of a macromolecular interfacial film, we propose a possible explanation for this effect, based on a mechanism at the local scale

Lorsqu'un fluide complexe s'écoule à travers un milieu poreux, à la non-linéarité de l'écoulement s'ajoute la spécificité de la structure poreuse, qui est souvent multi-échelle. Il émerge alors un grand nombre de problématiques fondamentales liées à l'interaction entre le fluide et la structure poreuse. L'interprétation et la modélisation de la grande variété des phénomènes physiques à petite échelle ainsi que leurs répercussions à grande échelle soulèvent de nombreuses questions. Dans cette thèse, les fluides étudiés sont des solutions de polymères, et les milieux poreux sont, entre autre, des roches issues de réservoirs pétroliers. Dans le contexte des méthodes de récupération améliorée pour les gisements pétroliers, l’injection d’eau avec polymères fait en effet partie des méthodes couramment utilisées, permettant d’augmenter l’efficacité du balayage et donc la production d’huile sur différents types de réservoirs. De part la rhéologie non-Newtonienne ainsi que les phénomènes particuliers proches de la paroi que développent les molécules de polymères, les fluides modélisés dans cette thèse peuvent être qualifiés de complexes. L'objectif de cette thèse est d'étudier la rhéologie non-Newtonienne ainsi que le comportement des molécules de polymère proches de la paroi. On relie alors ces phénomènes aux propriétés effectives macroscopiques. Pour cela, on simule numériquement les écoulements à travers desimages tomographiques de milieux poreux. Ainsi, on souhaite mieux cerner la physique qui est en jeu et également proposer des pistes d'amélioration des modèles actuellement implémentés dans les simulateurs de réservoirs. Dans une première partie de ce travail de thèse, on s'intéresse à la transition du régime d'écoulement macroscopique, de Newtonien à non-Newtonien, induite parune solution de polymère. Par des simulations numériques de l'écoulement à travers un large panel de milieux poreux, on étudie la transition entre ces deux régimes. Une analyse de la mécanique de l'écoulement permet de proposer un modèle simple et d'évaluer en ordre de grandeur la vitesse moyenne de transition. Ensuite, on étudie le glissement apparent induit par un mécanisme de répulsion des chaînes de polymère à la paroi liquide/solide. On propose un modèle à l'échelle des pores de ce phénomène et, par comparaison avec des données expérimentales,on montre que ce modèle permet de retrouver avec une précision acceptable les comportements macroscopiques observés. Enfin, avec des simulations directes sur des milieux périodiques, on relie les phénoménologies micro- et macroscopiques d'écoulements non-Newtoniens. D'un point de vue fondamental, on étudie notamment la compétition entre la non-linéarité induite par la rhéologie non-Newtonienne et le désordre inhérent à la structure poreuse. Les modèles actuellement utilisés dans les simulateurs de réservoirs sont reconsidérés au vu des résultats. / When a complex fluid is flowing through a porous medium, in addition to the fluid intrinsic physics, the multi-scale properties of the porous structure play a significant role. From the interaction between these features arise a great number of complex physical phenomena. The understandingand the modelling of the variety of these phenomena involved at the small scales and their impact on the large scales is the subject of intense work. In this thesis, the fluids we consider are polymer solutions and the porous media are typical sandstones met in petroleum applications. In petroleumengineering, the injection of a polymer slug into the oil-bearing reservoir is indeed a method commonly used in enhanced oil recovery. This method allows to increase the sweep efficiency, hence to improve the oil production of the reservoir. Due to the non-Newtonian rheology induced by the polymer molecules as well as specific mechanisms occurring at the liquid/solid interface, a polymer solution may be qualified as a complex fluid. The goal of this thesis is to investigate the non-Newtonian rheology and the behaviour of the polymer molecules near the liquid/solid interface. These phenomena are related to macro-scale effective properties. To thoroughly address this goal, we perform numerical simulations of flows through porous media. The goal is to obtain a better understanding of the underlying physics and, furthermore, we wish to propose possible improvements of the models that are currently used in reservoir simulators. Primarily, we are interested in the macro-scale transition from a Newtonian to a non-Newtonian flow. This transition is induced by the non-Newtonian rheology. By simulating flows through a wide panel of porous media, we study the macro-scale transition. An analysis of the fluid mechanics involved allows us to propose a simple model for the critical average velocity at which the transition occurs. In addition, we study the apparent slip induced by a repulsive mechanism of the polymer chains from the liquid/solid interface. We propose a pore-scale model to this mechanism. By performing comparisons with experimental datasets, we show that the model allows for a good description of the observed macro-scale behaviour. Finally, with direct simulations over periodic media, we link the phenomenology at the micro- and macro-scale for the flow of non-Newtonian fluids. On a fundamental level, we study the competition that emerges between the nonlinearity induced by the rheology and the disorder inherent to the porous structure. The results are related to modelscommonly used in reservoir simulators.

Les interactions entre les processus tectoniques et l’érosion ont été peu étudiées à des échelles de temps courtes (< 1000 ans). Cependant, les séismes peuvent activement contribuer à l’érosion des chaînes de montagne en déclenchant de nombreux glissements de terrain. Des études récentes ont également montré que ces grands événements érosifs pourraient engendrer des changements de contraintes suffisants à proximité des failles actives pour modifier la sismicité régionale. Dans cette thèse, cette problématique a été abordée via une approche numérique. Dans un premier temps, le développement d’un modèle simple de glissements de terrain prenant en compte la topographie des versants a permis de démontrer le rôle des paramètres mécaniques (cohésion et friction), et de la forme des versants sur la distribution de taille des glissements de terrain. Ce modèle a été validé à l’aide de cas naturels de glissements de terrain co-sismiques. Dans un deuxième temps, le rôle de la forme finie des versants sur la probabilité de grands glissements de terrain a été démontrée en se basant sur des données. Enfin, dans un troisième temps, le potentiel effet d’un grand évènement érosif sur la sismicité a été exploré à l’aide d’un modèle numérique de cycle sismique dans lequel ont été implémentées des variations temporelles de la contrainte normale sur la faille. Les résultats mettent en évidence le rôle du volume de sédiments, mais aussi de leur temps d’export. En particulier, les paysages caractérisés par une hauteur unstable des versants importante pourraient, en favorisant de grands glissements de terrain, induire une érosion assez importante et rapide pour modifier de façon significative la sismicité régionale. / Interactions between tectonic processes and erosion have been poorly investigated at short time-scales (<1000 years). However, earthquakes can largely contribute to the erosion of mountain belts by triggering widespread landsliding. Moreover, recent studies have shown that such large erosional events could induce stress changes in the fault environment efficient enough to influence regional seismicity. In this thesis, this problematic is tackled through a numerical approach. Firstly, the development of a simple mechanical model accounting for the complexity and variability of natural hillslopes allowed to demonstrate the role of mechanical parameters (cohesion and friction), and of hillslope shape in the probability density function of landslide sizes. This model has been validated using natural cases of co-seismic landsliding. Secondly, the role of unstable hillslope height on large landslide probability has been demonstrated based on natural data, and the exponential distribution of this unstable height has ben shown. Finally, the potential effect of a large erosional event on seismicity has been explored with a numerical model of seismic cycle, in which has been implemented temporal normal stress variations. The results emphasize the role of eroded sediment volume, but also of the export time of sediments away from the mountain belt. In landscape with high unstable hillslopes, large landslides are favored and in turn, could induce fast an important enough erosion to modify regional seismicity.

L’explosion du nombre et de la variété des données géodésiques, sismologiques et tsunami disponibles est une opportunité exceptionnelle pour produire de nouveaux modèles de la source sismique. Mais ces données n’apportent pas toutes la même information et sont soumises à différentes sources d’incertitudes, rendant la solution au problème inverse non-unique. Dans cette thèse, nous utilisons une méthode d’échantillonnage bayésien pour produire de nouveaux modèles de glissement moins assujettis au sur-ajustement des données et permettant une estimation réaliste de l’incertitude associée aux paramètres estimés. Nous l’appliquons à l’étude du glissement dans trois contextes tectoniques différents : le séisme de Landers (1992, Mw=7.3), la zone de subduction équato-colombienne où s’est produit le séisme de Pedernales (2016, Mw=7.8), et le séisme intra-plaque de Tehuantepec (2017, Mw=8.2). À travers ce travail, nous démontrons l’importance de la considération rigoureuse des incertitudes et les atouts de l’approche bayésienne pour l’étude des différentes phases du cycle sismique. / The explosion in the amount and variety of available geodetic, tsunami, and seismological observations offers an outstanding opportunity to develop new seismic source models. But these data are sensitive to different sources of uncertainty and provide heterogeneous information, which makes the solution of the inverse problem non-unique.In this thesis, we use a Bayesian sampling method to propose new slip models, which benefit from an objective weighting of the various datasets by combining observational and modelling errors. These models are less affected by data overfit and allow a realistic assessment of posterior uncertainties. We apply this method to the study of slip processes occurring in three different tectonic contexts: the Landers earthquake (1992, Mw=7.3), the Ecuador-Colombia subduction zone which hosted the Pedernales earthquake (2016, Mw=7.8), and the intraslab Tehuantepec earthquake (2017, Mw=8.2). Through these analyses, we demonstrate how the study of the seismic cycle can benefit from rigorous uncertainty estimates and Bayesian sampling.