La chaine de Taïwan représente l’une des zones les plus actives au monde. Depuis le début du XXe siècle, plus d’une vingtaine de séismes _Mw 7 ont affecté l’île. Cependant la probabilité d’occurrence de séismes plus importants (_Mw 8) est toujours matière à débat. Dans un tel contexte, il apparait donc important d’obtenir des enregistrements plus anciens pour évaluer l’occurrence de tels évènements. La paléosismologie marine, basée sur l’enregistrement des dépôts issus de la sédimentation gravitaire, apparait comme une alternative sérieuse afin d’illuminer l’histoire de la sismicité sur des périodes anciennes. Ce travail de thèse apporte de nouvelles contraintes sur l’histoire sismique au large, à l’est de Taïwan, au cours des derniers 3000 ans.La première partie de ce travail consiste à caractériser les systèmes sédimentaires récents. Cette étape fut essentielle pour la compréhension des processus, faciès sédimentaires et les facteurs de contrôle de la sédimentation qui régissent l’évolution de la pente sous-marine. Ces résultats ont montré que l’Est de Taïwan est caractérisé par une grande variabilité de processus et que les courants de turbidité dominent l’enregistrement sédimentaire.Les courants de turbidité sont générés par deux facteurs distincts : l’activité tectonique/sismique et l’activité climatique. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l’approche paléosismique en utilisant les dépôts de turbidités comme marqueurs des paléoséismes. Pour ce faire, nous avons dans un premier temps testé et validé l’approche à l’échelle du siècle dernier. Ensuite une fois calibré, nous avons pu étendre les séries temporelles à l’échelle de l’Holocène. Nous avons daté les trois plus récents évènements turbiditiques autour de 2001 ± 3 AD, 1950 ± 5 AD et 1928 ± 10 AD. En utilisant des relations empiriques intégrant magnitude, distance et valeur du "peak ground acceleration", nous avons pu calibrer la source sismique et ainsi corréler ces trois turbidites à trois séismes instrumentaux : le séisme de Chengkong (12/10/2003) (Mw 6.8), le séisme de Taitung (11/24/1951) (Mw 7.1) et le séisme de Lutao (9/4/1935) (Mw 7.0). Au-delà du siècle dernier, les datations et modèles d’âges nous permettent d’établir une partie de la chronologie des évènements extrêmes sur une période de 3000 ans et d’estimer un temps de retour pour des évènements de l’ordre _Mw 7. Les résultats ont toutefois montré que ces temps de retour sont nettement supérieurs à ceux connus sur le siècle dernier, ce qui suggère que tous les séismes ne sont pas enregistrés par les dépôts sédimentaires marins. Ce travail de thèse a donc permis de montrer que les dépôts issus de la sédimentation évènementielle peuvent être considérés comme marqueurs de la sismicité et que cette approche peut constituer un outil complémentaire pour les études portant sur le risque sismique. / Taiwan is a young mountain belt, known as one of the most active area in the world. Since the beginning of the 20th century more than twenty _ Mw 7 earthquakes have struck the island. However, the occurrence of larger events (_Mw 8) is still a matter of debate. In this framework it is of key importance to obtain longer record in order to evaluate the occurrence of large past earthquakes. The sub-aqueous paleoseismology, based on the record of the sedimentary gravity deposits, appears as a serious alternative to approach this thematic and is a rapidly advancing field that has the potential to illuminate the long-term history of seismicity.The first part of this work was to investigate the present sedimentary systems off east Taiwan, essential to understand the morphosedimentary features, sedimentary facies and processes governing the evolution of the submarine slope, and the controlling factors of the recent sedimentation. Our results showed that the offshore slope east Taiwan is affected by a variety of sedimentary systems and processes, and that turbidity currents appear as the main erosional processes covering nearly 60% of the sedimentary record. Turbidity currents are generated by distinct controlling factors such as tectonic and climatic activity that enabled us to define twoend-members relative to turbidity currents initiation: Turbidity currents preconditioned by tectonic activity and triggered by earthquakes shaking and likely deposited into intra-slope basin and turbidity currents driven by climatic activity such as extreme floods or typhoons, generated in basin directly connected with onland rivers.The second part consisted to apply a paleoseismic approach, based on turbidites record, at two time-scales. First, we tested and validated the method by correlating turbidites deposits with instrumental earthquakes. Then, once calibrated we extended the time-series back in time. We dated the three most recent turbidites layers circa 2001 ± 3 AD, 1950 ± 5 AD and 1928 ± 10 AD. Using empirical relationship that link peakground acceleration, distance and magnitude to calibrate the seismic sources, we correlate these three turbidites with instrumental earthquakes: the Chengkong Earthquake 12/10/2003 (Mw 6.8), the 11/24/1951 Taitung Earthquake (Mw 7.1) and the 9/4/1935 Lutao Earthquake (Mw 7.0) respectively. Applying criteria to discriminating the different triggering mechanisms for turbidity current generation, we propose that earthquakes are the main triggering mechanisms. Dating and age modeling provided a part of the chronology of extreme events since the last 3000 years and allowed us to estimate return time for earthquakes Mw _ 6.8.This work represents a good starting-point for future investigations in order to better assess Holocene time series of extreme events.

Par rapport à un fluide Newtonien, les suspensions denses de particules présentent des propriétés rhéologiques différentes. Des comportements rhéofluidifiants ou rhéoépaississants liés à des phénomènes de migration de particules peuvent apparaitre. Pour des suspensions, le taux de cisaillement, la concentration et la taille des particules ont une grande influence sur ce comportement rhéologique (Denn et Morris 2014). Pour observer l'influence de ces facteurs, l'un des meilleurs moyens est de disposer d’un système simple dans lequel tous les facteurs mentionnés ci-dessus sont bien contrôlés. Ceci peut être réalisé par le développement d'une plate-forme expérimentale, sur laquelle les comportements d'écoulement de suspension (profil de vitesse et concentration locale de particules) à des vitesses de cisaillement et des concentrations de particules bien contrôlées peuvent être étudiés. Dans l'étude actuelle, 4 tâches ont été réalisées :1) Le développement d'une nouvelle formulation pour la préparation d’une suspension adaptée en indice de réfraction et en densité basée sur des particules de PMMA. 2) Le développement d'un dispositif expérimental consacré à l'étude des flux de suspension dense sous une large gamme de taux de cisaillement constant. 3) La caractérisation des profils de vitesse des flux de suspension dense sous un dispositif cône-plan utilisant des techniques de micro-PIV. 4) Une mesure préliminaire de la concentration locale de particules de la suspension sous écoulement cône-plan en utilisant des méthodes de traitement d'image. / Compared to general Newtonian fluids, highly concentrated mixtures of particles and fluid, so called dense suspensions, have different rheological properties and fluid dynamic behaviors. Such as, shear-thinning or shear-thickening effect, and apparent slip and particle migration behaviors under certain shear flow conditions. These properties are related to the application of suspension flow in real systems, for example, the blood.For suspensions, shear rate, particle concentration and particle size have a big influence of on their rheological behaviors (Denn and Morris 2014). To observe the influence of these factors, one of the best ways is to start the research from a simple case in which all the above mentioned factors are well controlled. This can be realized by developing such an experimental platform, on which the suspension flow behaviors (velocity profile and local particle concentration) at different shear rates and particle concentrations can be investigated.In the current study, 4 tasks were achieved:1) The development of a new recipe for the preparation of density and refractive index matched suspension with PMMA particles. 2) The development of an experimental set-up devoted to the investigation of dense suspension flow under a large range of constant shear rate. 3) The characterization of the velocity profiles of dense suspension flows under a cone-plate device by using micro-PIV techniques.4) A preliminary measurement of the local particle concentration of the suspension flow by using image processing techniques.

En raison du développement croissant des MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), l'étude des écoulements de liquide ou de gaz et des transferts thermiques dans des conduites, chauffées ou non, dont le diamètre hydraulique est de l'ordre de quelques microns, a suscité un nombre considérable de travaux au cours des vingt dernières années. À cette échelle, le nombre de Knudsen peut être important (Kn>0,01), ce qui donne naissance à des phénomènes de glissement, de saut de température et de pompage thermique qui s'ajoutent aux effets de compressibilité, telles que la puissance due aux forces de pression et à la puissance des contraintes visqueuses et aux variations des propriétés du fluide avec la température. Dans les modélisations de la littérature, ces phénomènes sont rarement pris en compte simultanément et sont souvent partiellement négligés, sans justification. Notre démarche consiste à proposer une modélisation des micro-écoulements gazeux se rapprochant au mieux de la réalité en prenant en compte tous les phénomènes et à étudier les effets de chacun d'entre eux. L'étude est, en premier lieu, menée en utilisant un code commercial, résolvant les équations de conservation par la méthode des volumes finis et adapté par le biais de sous-programmes développés au cours de cette thèse. Des validations ont été effectuées pour des problèmes allant des plus simples (incompressibles, non glissants) aux plus complexes (compressibles, glissants). Cette étude a permis de mettre en évidence les problèmes liés à la modélisation quand les nombres de Péclet des écoulements sont inférieurs à l'unité (Pe < 1). Dans ce cas, les effets de diffusion inverse sont dominants et l'utilisation d'extensions à l'amont de la conduite devient incontournable. Les effets de compressibilité qui se traduisent par des détentes du gaz près de la sortie de la conduite (accélération + refroidissement) ont été analysés. Enfin, des comparaisons ont été effectuées avec des solutions analytiques d'écoulements compressibles et glissants, supposés isothermes en imposant de faibles variations de pression. Nous avons pu montrer que ces solutions restent valables, même lorsque les variations de pression sont importantes parce que les détentes ne sont localisées que près de la sortie de la conduite et n'influencent donc pas les propriétés globales de l'écoulement. La suite du travail a été réalisée à l'aide d'un code de calcul développé au laboratoire et validé pour les écoulements à grandes échelles. Des conditions aux limites de glissement ont été introduites afin de l'adapter à la problématique de ce travail de thèse. Compte-tenu de ses performances (précision et rapidité des calculs en particulier), ce code a permis de réaliser une étude paramétrique sur une large gamme de pressions d'entrée et de sortie, de telle sorte à balayer tous les types d'écoulements : de peu à très compressibles et de peu à très glissants. Les résultats sont d'abord présentés pour des écoulements quasi-isothermes puis comparés aux solutions analytiques afin de tester ces dernières sur une plus large gamme de pression. Enfin, de nouveaux résultats ont été obtenus pour des écoulements chauffés. Des corrélations, en fonction des paramètres adimensionnels caractéristiques de ces écoulements, ont été obtenues pour les modèles complets à l'aide d'un logiciel de statistiques et de plans d'expériences. Des comparaisons à des modèles simplifiés ont été effectuées pour évaluer les erreurs commises lorsque certains termes sont négligés / These phenomena are rarely taken into account all at once, at least one of them is neglected and often without justification. Our approach is to get as close as possible to reality by taking into account all the phenomena that appear at once and then to study the effect of the phenomena most often overlooked. First, the study is conducted using a commercial code for solving the conservation equations by the finite volume method. Validations were performed for problems ranging from the simplest (incompressible, non-slip flow) to the more complex (compressible, slip flow). This study highlighted the problems associated with simulations when the flows Peclet numbers are less than unity (Pe <1). In this case, the inverse diffusion effects are dominant and the use of extensions at the upstream becomes unavoidable. In addition, compressibility effects were identified; they have resulted in expansions of the gas near the exit of the pipe (acceleration + cooling). Finally, comparisons were made with analytical solutions of compressible slip flows assumed isothermal by imposing small variations of pressure. We showed that these solutions remain valid even if the pressure variations are important because the detents are located only near the exit of the pipe. In this case, they do not affect the properties of the flow. Further works were carried out using an in-house computer code, previously developed and validated in the laboratory for flows with large scales and for which slipping limits conditions have been added so that it can properly resolve slip flows. In view of its accuracy and performances in terms of CPU-time, the code allowed us to achieve a parametric study on a wide range of input and output pressures, so as to sweep all runoff from few to very compressible and few to very slip flow. The results were first presented for quasi-isothermal flow, which subsequently were compared to analytical solutions to test these ones on a wider range of pressure. Finally, the results were made for heated flows. Correlations have been obtained for a complete model using a statistical based software and design of experiments. Comparisons to simplified models were performed to assess the inaccuracies linked to the omission of terms often overlooked in the literature

Ce travail porte sur le développement d’une nouvelle technique expérimentale dédiée à l’étude de la rhéologie mise en jeux lors du glissement d’une pointe rigide sur une surface de polymère. Ce travail s'est déroulé progressivement de l'échelle mésoscopique vers l'échelle nanométrique. Pour cette dernière, la zone ciblée est la zone interfaciale confinée et cisaillée.Pour mettre en évidence les comportements de la zone cohésive, nous avons étudié un système de réseaux interpénétrés de polymères (RIPs) CR39-PMMA. Grâce à leurs propriétés ajustables, nous pourrons utiliser les RIPs sont utilisés comme substrat pour étudier la zone interfaciale en variant facilement les paramètres rhéologiques.Pour étudier les propriétés de la zone interfaciale, des couches phospholipidiques de DSPC ont été choisies comme matériau modèle. Leurs structures ont été étudiées par la réflectivité spéculaire de neutron. Nous montrons que la structure des couches supportées de DSPC est robuste, et le taux d’humidité́ relative joue un rôle important sur la structure. Les essais de glissement sur des couches de DSPC ont permis de relever les influences des paramètres mécaniques et environnementaux sur la contrainte de cisaillement Le développement du NanoTribo-FRAPP permet de caractériser le cisaillement des couches de DSPC sur une lame de verre, tout en mesurant la vitesse d’écoulement locale des couches moléculaires nanométriques. Nous pouvons ainsi estimer les plans de glissement en fonction de la vitesse. / This work deals with the development of a new experimental technique and its application to study the rheology of a highly confined and sheared interfacial zone involved in the sliding of a rigid tip on a polymer suface. This tribological work has been conducted gradually from the mesoscopic scale to the nanoscale.To highlight the behavior of the cohesive zone, we studied an interpenetrating polymer network system (INPs) CR39-PMMA. Thanks to their adjustable properties, we may use the INPs as a substrate to study the interfacial zone by easily varying the rheological parameters.To study the rheological properties in the interfacial zone, the phospholipid layers of DSPC have been chosen as model material. The structures have been studied by the neutron reflectivity experiments. We show that the structure of supported layers of DSPC is robust, and the relative humidity plays a key role on it. Sliding tests on the DSPC layers reveals the influences of mechanical and environmental parameters on the shear stress. The development of NanoTribo-FRAPP allows to characterize the shear conditions of DSPC layers, with the measurements of local velocity of these of nanoscale molecular layers. This gives us access to estimate the slip planes as a function of imposed velocity.

Lors de la prospection de bactéries d’intérêt dans le milieu marin, nous avons isolé des colonies aux couleurs brillantes sous illumination directe, ressemblant à l’iridescence de certains papillons. L’iridescence est une couleur physique induite par des structures nanoscopiques périodiques. Ce phénomène est peu détaillé chez les procaryotes. Dans cette thèse nous avons souhaité caractériser le phénomène par des analyses physico-optiques,microbiologiques et écologiques. La souche fut identifiée comme appartenant à l’espèce Cellulophaga lytica.Les premières étapes ont permis d’illustrer le phénomène et de prouver une coloration structurale des colonies par microspectrophotométrie. Une comparaison de diverses souches a démontré l’iridescence singulière de C. lytica,dénommée iridescence « glitter-like ». Nous avons ainsi proposé la première classification des iridescences bactériennes. Certaines souches du même phylum Bacteroidetes exprimaient le phénomène. Un lien entre cette iridescence et la motilité « gliding » fut mis en évidence. De façon intéressante, l’iridescence était conservée en conditions mimant le biotope C. lytica. De plus, diverses souches marines iridescentes ont pu être ré-isolées. Elles étaient particulièrement abondantes sur les macro algues (rouges, brunes), mollusques, cnidaires et dans l’eau de mer. Nous supposons alors que ce phénomène pourrait avoir des rôles bio-écologiques. Grâce à la microscopie électronique à transmission et une modélisation, nous avons pour la première fois élucidé des structures reponsables d’une iridescence bactérienne : une organisation populationnelle de cellules alignées équidistantes.Les bases fondamentales et méthodologiques de l’iridescence bactérienne sont données dans cette thèse. Les applications correspondraient aux domaines des nanotechnologies et de la biomimétique. / During collections in the marine environment, colony with bright coloration under direct illumination was isolated. Colors were similar to butterly iridescence. Iridescence is a property of structural color where periodic nanoscopic structures are responsible of intense coloration. Bacterial iridescence is poorly described in the literature. In this work, we aimed to characterize the phenomenon by physico-optical, microbiological and ecological analysis. The marine bacterium was identified as Cellulophaga lytica.In the first experiment we illustrated and proved the physical color by micro spectrophotometry. Comparison with diverse bacteria permitted to demonstrate the uniqueness of C. lytica iridescence, named “glitter-like”. We proposed the first classification of iridescences within the prokaryotes. Others Bacteroidetes strains showed “glitterlike”iridescence effects. A link between iridescence and gliding motility was additionally identified. A biotic factors demonstrated conservation of the phenomenon under conditions that mimic C. lytica stressing biotope. Moreover,other iridescent marine strains were isolated. They were particularly associated to macroalgae (red, brown),mollusks, cnidarians and seawater. Biological and ecological functions of iridescence are then supposed. By using transmission electron microscopy and modeling, structures responsible for iridescence in the colony were first identified: alligned and equidistant cells at a population level.Bacterial iridescence’s fundamental and technical skills are described in this thesis. Applications could lead to biomimetic and nanotechnology of iridescent structures.

Nous étudions la formation de bulles dans un fluide à seuil (matériaux liquides si la contrainte appliquée est supérieure à la contrainte seuil, et solides autrement) au moyen de géométries milli fluidiques (jonctions en T, “flow focusing“) constituées de canaux axisymétriques, et fabriquées par stéréo lithographie. En tirant partie de la domination des effets capillaires par la contrainte seuil, nous produisons des bulles dans des fluides à seuil simples (émulsions concentrées, gels de carbopol). La formation des bulles est due au pincement du filament de gaz par l'écoulement de fluide à seuil à débit imposé. Il rappelle celui observé pour des fluides Newtoniens dans des géométries de “flow focusing“ 2D. Nous étudions les différents régimes de fonctionnement de ces systèmes lorsque le débit de fluide à seuil et la pression de gaz sont imposés. La production instationnaire de bulles est observée, et expliquée par la rétroaction provenant des variations de résistance hydrodynamique induites par la formation des bulles sur le débit de gaz. La déstabilisation finale se produit lorsque toutes les bulles coalescent. Ceci est dû au transfert de fluides entre les ponts liquides séparant les bulles et les films fins situés près des parois solides. Aussi, nous étudions le dépôt de fluide à seuil dans un tube capillaire avec ou sans glissement aux parois. En effet, ce phénomène est courant lors de l'écoulement de fluide à seuil en milieu confiné sur des surfaces lisses. Les résultats peuvent être décrits par une loi d'échelle (contrainte interne équilibrant le gradient de pression capillaire) lorsqu'il n'y a pas de glissement aux parois. Dans le cas contraire nous montrons qu'il existe trois régimes dépendant de l'état de contrainte du système, et qu'ils fixent les formes de bulle observées en régime instationnaire. Finalement, différentes méthodes de régulations (pression, écoulement pulsés) nous permettent d'obtenir des régimes stationnaires. Ceux-ci sont caractérisés (fraction volumique de gaz, temps de formation de bulles), et permettent l'obtention de mousses de fluides à seuil. Ainsi, ouvrant potentiellement la voie à la production contrôlée de fluides à seuil aérés à grande échelle / We study the formation of bubbles inside yield stress fluids (liquid when the applied stress is above the yield stress, and solid otherwise) using mill fluidic geometries (T-junctions, flow focusing devices) made of axisymmetric channels, and manufactured by stereo lithography. We show that dispersing bubbles in simple yield stress fluids (concentrated emulsions, and carbopol gels) is possible by taking advantage of the yield stress over the capillary stress, and due to the squeezing of the gas thread by the core of the yield stress fluid flow at imposed flow rate. The observed behaviour is reminiscent of the geometrical operating regime in 2D flow-focusing devices for Newtonian fluids. We investigate the different operating regimes that occur when the yield stress fluid flow rate and the gas pressure are imposed. We report that, for these inlet conditions the production is unsteady, which comes from the hydrodynamic feedback induced by the formation of each bubble on the gas flow rate. The regime eventually breaks down when all bubbles coalesce. This is due to the transfer between the liquid plugs separating each bubble and the thin film located on the channel wall. Thus, we study the deposition of yield stress fluid on the wall of capillary tubes. Indeed, this often occurs for yield stress fluids flowing in confined geometries on smooth surfaces. The results with no-slip are well described by a classical scaling law (internal stresses balanced by capillary pressure gradient). When there is wall slip, we show that there are three regimes that depend on the stress state of the system, and set the bubbles' shape observed for unsteady regimes. Finally, different regulation methods (pressure, pulsated flows) allow to obtain steady regimes. They are characterized (gas volume fraction, bubble formation time) and we show that they allow to obtain yield stress fluid foams. Thus, identifying pathways for potential steady-state controlled production of aerated yield stress fluids at large scale

Les vis à rouleaux satellites (VAR) équipent certains actionneurs électromécaniques du secteur aéronautique, et permettent de transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation. Ces systèmes sont constitués d’aciers inoxydables martensitiques trempés, et sont habituellement lubrifiés à la graisse. Comme pour beaucoup d’autres pièces de roulement, l’adhésion-grippage peut survenir bien avant la durée de vie théorique calculée en fatigue de roulement. La charge actionnée par la vis est portée par un ensemble de contacts entre les filets de la vis, des rouleaux et de l’écrou. Chaque contact peut être décrit comme un contact de type ellipsoïde sur plan soumis à de fortes pressions de contact (3-4 GPa), et à une cinématique de roulement associée à une composante de glissement transverse (jusqu’à 10 % de taux de glissement). L’objectif de la thèse est de comprendre les mécanismes d’endommagement dans les VAR, d’étudier l’influence des paramètres de design et d’utilisation sur ces mécanismes au travers de paramètres tribologiques, et de proposer une ou plusieurs solutions permettant d’améliorer le comportement et la durée de vie. Le contact est simulé expérimentalement par un galet torique en roulement sur un disque plan. Un tribomètre rotatif est utilisé pour reproduire la cinématique de contact avec un glissement perpendiculaire au roulement. L’effort tangentiel transverse lié au glissement est mesuré, ainsi que la vitesse de roulement du galet. Une caméra et un microscope installés au-dessus du disque permettent de réaliser un film image par image de l’évolution de la piste usée au cours des essais. Le comportement du contact acier / acier sans lubrification est d’abord étudié, et montre une usure adhésive catastrophique dès les premiers cycles. Plusieurs aspects du comportement en contact lubrifié à la graisse sont alors étudiés, en particulier les mécanismes d’alimentation spécifiques liés au glissement transverse, ainsi que les degrés d’instabilité de la sous-alimentation qui peuvent être cartographiés en fonction des paramètres d’entrée (pressions, vitesse, taux de glissement). Un revêtement couche mince du type WC/C est également étudié en remplacement de la graisse. L’étude de son comportement montre une étape de rodage importante puis une phase de bas frottement, qui se termine par une phase d’endommagement par usure abrasive. Un endommagement secondaire du revêtement lié à la fatigue de contact a également été identifié, et les conditions de son apparition par rapport aux conditions de sollicitation ont été cartographiées. L’analyse des résultats expérimentaux obtenus permet de proposer des pistes pour le design et le choix des matériaux pour améliorer le comportement et la durabilité des VAR. / The planetary roller screw (PRS) mechanism is used in the aeronautics industry for electro-mechanical actuators application. It transforms a rotational movement into a translation movement, and it is designed for heavy loads. The main components are made of martensitic stainless steels, and lubricated with grease. Like most usual rolling mechanisms, smearing and jamming can occur before the theoretical fatigue lifetime, especially in poor lubrication conditions. The actuated load is carried by small contacts between the threads of the screw, the rollers and the nut. The static single contact can be described as an ellipsoid on flat contact with high contact pressure (3-4 GPa). The motion consists of rolling with spin associated with side slip (up to 10 %). The aim of this PhD work is to investigate the wear behavior for different operating and design parameters of PRS such as load, speed, slip ratio, lubrication and material structure, in order to improve behavior and lifetime of PRS. The contact is experimentally simulated by a free rolling roller loaded on a rotating disk. A specific tribometer is used to create a contact with a side slip component, i.e. perpendicular to the rolling direction. The roller rolling speed and the tangential force generated by the slip ratio are measured. Also, an optical device is set on the tribometer to make a film of the evolution of the track outside of the contact. Steel on steel wear behavior is first presented. Then, several aspects of the greased lubricated contact are studied such as the feeding mechanisms related to the specific kinematics, and susceptibility to smearing in relation with tests input parameters. The feeding mechanisms are mapped as a function of input parameters (contact pressure, rolling speed, and sliding ratio). The wear behavior of hard carbon-based coatings with and without grease is also investigated. It shows good performance for the roller-screw application. The coating lifetime is governed by a three-body wear mechanism, but the experiments also reveal a progressive cracking in the rolling direction, i.e. perpendicular to the sliding direction. Lastly, a wear mode map is proposed to illustrate the competition between the two damage modes depending on the tests input parameters. The analysis of experimental results allows us to propose ways to improve the design and the selection of materials in order to increase the behavior and the durability of PRS.

Des événements géologiques passés ont montré que les glissements de terrain, près des côtes, impliquant des volumes de quelques milliers de mètre cube à plusieurs centaines de kilomètres cube, peuvent provoquer des vagues de tsunami d’une amplitude considérable. La vague générée et l’effondrement représentent tous deux un danger important pour la population et les infrastructures situées sur ou proche des côtes. Une modélisation réaliste nécessite de tenir compte de la nature granulaire du glissement de terrain. Nous avons développé dans ce travail de thèse, une série d’expériences de laboratoire à petite échelle, pour étudier en détail le processus de génération de vague par l’effondrement d’une colonne granulaire, initialement sèche, dans l’eau. Tout un ensemble de paramètres est testé : (1) la masse granulaire impliquée (hauteur, volume, rapport d’aspect, granulométrie et densité), (2) la hauteur d’eau et (3) la configuration géométrique (plan horizontal ou plan incliné). Des expériences quasi-bidimensionnelle en canal rectangulaire, permettent d’enregistrer à la fois l’évolution temporelle de l’effondrement granulaire et celle de la surface libre de l’eau. Nous montrons que le processus de génération des vagues est piloté par la dynamique collective de l’effondrement des grains à la surface de l’eau. Nous identifions une dépendance linéaire claire entre l’amplitude relative de la vague principale et un nombre de Froude défini comme le rapport des vitesses d’avancée du front granulaire et de la vague solitaire. En particulier, l’amplitude de la vague atteint sa valeur maximale pour une profondeur d’eau intermédiaire. Le transfert d’énergie global a montré que seulement quelques pourcents de l’énergie potentielle initiale de la colonne sont transférés à la vague, issus notamment d’une perte d’énergie considérable dans l’effondrement granulaire lui-même. Enfin, nous soulignons la faible influence du diamètre et de la masse volumique des grains dans la génération de la vague. Cela suggère que la masse de l’effondrement est de faible importance par rapport à son volume. Un autre résultat intéressant est la dépendance linéaire de l’amplitude relative de la vague avec le volume immergé du dépôt final. Cette loi nous permet d’estimer l’amplitude de la vague pour des événements passés et potentiels. Malgré les échelles, géométries diverses et variées de ces événements, et l’incertitude des données, cette loi empirique provenant de notre expérience à petite échelle prédit des vagues similaires à d’autres modèles numériques ou expérimentaux. / Various past geological events have shown that landslides near coastlines, involving volumes from a few thousand cubic meters to several cubic kilometers, can lead to tsunami waves with significant amplitude. The generated wave and the collapse both represent an important hazard for the population and infrastructure located on or near the coast. Realistic modeling requires considering the granular nature of landslides. Here, we developed a new set of small-scale laboratory experiments to investigate in detail the wave generated by the collapse of an aerial granular column into water. An entire set of parameters are tested: (1) the falling granular mass (height, volume, aspect ratio, grain size and density), (2) the water layer height and (3) the geometrical configuration (horizontal or inclined plane). From quasi-bidimensional experiments in a rectangular channel we record both the time evolution of the granular collapse and of the generated wave. We show that the wave generation process is driven by the collective dynamics of the granular collapse at the water free surface. We identify a clear linear dependence between the relative wave amplitude and a Froude number defined as the ratio of the granular front velocity and the solitary wave velocity. The wave amplitude reaches its maximum value at an intermediate water depth. The total energy transfer shows that only a few percent of the initial potential energy of the column is transferred to the wave, suggesting a considerable energy loss in the granular collapse itself. Finally, we highlight the low influence diameter and density of the falling grain in the generation of the wave. This suggests that the mass of the collapse is of low importance compared to its volume. Another interesting result is the linear dependence of the relative wave amplitude with the relative immersed volume of the final deposit. This allows us to estimate the wave amplitude generated by past or potential events in Nature. Despite the various scales and geometries of these natural events, and the uncertainty of the data, our empirical law, from our small-scale experiment, predicts waves similar to other numerical or experimental models.

Ce projet de maîtrise porte sur le développement d’un nouvel appareil de cisaillement annulaire permettant de cisailler un échantillon d’argile sensible intact jusqu’à de grandes déformations dans des conditions équivalentes à celle d’un essai non-drainé, soit par cisaillement à volume constant. Plusieurs essais ont été réalisés avec cet appareil sur des échantillons intacts d’argile sensible prélevés avec un échantillonneur de grand diamètre sur le site de l’étalement de Saint-Jude, survenu 10 mai 2010. Les résultats de ces essais témoignent du bon fonctionnement de l’appareil. Pour des fins de comparaison, des essais de compression triaxiale et de cisaillement simple ont aussi été réalisés sur des échantillons du même sol. L’ensemble des résultats a permis de démontrer qu’en plus d’être le plus approprié des trois types d’essai de cisaillement réalisés pour caractériser adéquatement la résistance au cisaillement à grandes déformations des argiles, l’essai de cisaillement annulaire est le seul à permettre l’atteinte de la résistance au cisaillement résiduelle. / This study is about the development of a new ring shear apparatus which is able to shear an undisturbed sensitive clay sample at large strains in test conditions equivalent to an undrained test, by the mean of a constant volume test. A series of tests were realised on samples of undisturbed sensitive clay cored with a large diameter sampler on the site of the Saint-Jude spread that occurred on May 10th 2010. The results of those tests show that the apparatus is working properly. The results are compared with results of triaxial compression test and direct simple shear test realised on samples from the same soil. The outcome of the comparison is that the ring shear test is the better of the three types of test to characterise properly the shear strength at large strains of the clays. It is also the only one of the three types of test that is able to reach the residual shear strength.

Des modèles élastoplastiques écrouissables incorporant des lois de dilatance réalistes ont récemment été mis au point pour décrire le comportement des sables. La capacité portante en frottement des fondations sous charge axiale dépend largement de la valeur des contraintes normales au fût après mise en place et chargement ; ces contraintes peuvent, a priori, varier fortement avec la dilatance. Les études théoriques dans ce domaine se sont limitées jusqu'à présent aux cas de milieux élastiques et de milieux dilatants modélisés d'une manière relativement simple : milieu linéaire dilatant ou milieu élastique-parfaitement plastique. Ces comportements ne correspondent qu'imparfaitement au comportement réel des sols dilatants. Dans le travail présenté ici, on a étudié les modèles élastoplastiques écrouissables de Nova et al. à une seule surface de charge et de Vermeer à deux surfaces de charge. Ces modèles sont capables de représenter les principales caractéristiques des matériaux granulaires dilatants, au moins quand ils sont soumis aux trajets de chargement monotones des essais classiques de laboratoire. Ces deux modèles ont été programmés dans le code d'éléments finis ROSALIE et leurs réponses dans le cas d'un essai triaxial de compression ont été examinées. Ils ont ensuite été appliqués aux problèmes des pieux sous charge axiale. Les résultats des calculs effectués ont mis en évidence l'importance de la prise en compte du glissement avec frottement à l'interface sol-pieu pour tous les modèles de sols utilisés. Le comportement du sol, qui est identique pour les modèles élastique et élastique-parfaitement plastique, est différent pour les modèles élastoplastiques écrouissables, les déplacements axiaux étant plus élevés dans ces derniers cas. Une certaine augmentation de volume élastique a, par ailleurs, été relevée au voisinage du pieu pour tous les calculs. La dilatance plastique existe dans tous les calculs élastoplastiques mais elle se manifeste généralement assez tard, à peu près en même temps que le glissement relatif sol-pieu. L'effet conjugué de la dilatance plastique et des augmentations de volumes élastiques induit en moyenne une certaine diminution de la contrainte radiale sur le fût par rapport au calcul élastique. Au vu de ces résultats, et pour les modèles utilisés, il semble donc que la dilatance des sols granulaires n'accroisse pas la capacité portante en frottement, tout du moins par augmentation de la contrainte radiale.