Ce mémoire d'HDR est établi comme « un état des lieux » de mes travaux de recherche autour du thème « sédimentation continentale », et une présentation de mes perspectives de recherche. Il présente un bilan des travaux de recherche réalisés depuis la période post-doctorale. La question centrale est la suivante : quelle est la part relative du climat et de la pression anthropique dans l'érosion du domaine continental ? <br />Le Quaternaire est caractérisé par une oscillation rapide du climat entre des périodes glaciaires et interglaciaires. Depuis peu, l'étude des variations naturelles du climat, particulièrement celui de la période interglaciaire dans laquelle nous vivons, l'Holocène, a connu un regain d'intérêt avec la mise en évidence d'un réchauffement global de la planète dont l'origine est, au moins en partie, anthropique. Afin de pouvoir cerner et modéliser l'impact réel de l'Homme sur le climat, il est indispensable de connaître avec précision les paramètres forçant les variations climatiques naturelles et les effets de ces variations sur l'environnement, et en particulier les enregistrements sédimentaires puisque ceux-ci sont utilisés dans les reconstructions climatiques puis les modélisations du climat. Les bassins versants, de tailles variées, et l'échelle de temps étudiés permettent de suivre à très court, court et moyen terme uniquement l'effet du climat puis la mise en place de la pression anthropique et son impact dans différents contextes sédimentaires. <br />Les lochs, lacs et tourbières sont des sites dans lesquels les enregistrements sédimentaires sont généralement continus depuis le dernier maximum glaciaire (environ 20 000 ans) et souvent caractérisés par une résolution très fine. En revanche, les enregistrements sédimentaires en domaine alluvial et estuarien sont très réduits et fragmentés, mais non dénués d'intérêt. Il s'agit donc nécessairement de conduire une approche pluridisciplinaire. Au sein de cette thématique globale, mes activités de recherche sont centrées sur une approche minéralogique, granulométrique et géochimique de l'impact des variations climatiques et des phases d'anthropisation sur les sédiments. La question de la datation des sédiments est alors cruciale pour corréler entre eux des événements d'impact régional. C'est là qu'intervient la mise en évidence et la caractérisation de niveaux de téphras dont la dispersion régionale est instantanée à l'échelle des temps géologiques.

Analyse et représentation de la couverture pédologique Application à la caractérisation des unités cartographiques de sols pour le programme I.G.C.S. d'un secteur du Baugeois. <br>Dans un contexte d'intérêt mondial pour les sols, ce travail se propose de comprendre l'organisation des sols à grande échelle sur un terrain sédimentaire du Baugeois. Quelle logique sous-tend la formation des unités de sols, et quelles représentations sont les plus appropriées ? Enfin, comment conserver l'état tridimensionnel de la couverture pédologique ? <br>La compréhension de l'organisation spatiale des sols s'appuie sur l'identification des facteurs et processus à l'origine de la variation des sols. Il s'agit donc d'une approche cartographique fondée sur l'analyse des processus pédogénétiques en cause. Les techniques d'acquisition des données se basent sur deux méthodes de cartographies complémentaires : (1) un échantillonnage systématique d'un sondage par hectare ; (2) un échantillonnage le long de séquences inspirées de l'" Analyse structurale ". Cet échantillonnage-ci a permis le prélèvement et l'analyse des matériaux sur profils pédologiques. Afin d'intégrer ces données dans l'environnement, elles ont été complétées par l'acquisition d'un M.N.A. de maille 10 m. <br>La granulométrie, en tant que principale donnée utilisée pour la compréhension de la pédogenèse, a permis la caractérisation des matériaux et horizons. Elle est à la base d'un système d'équations de mélanges de matériaux géologiques. Deux séquences perpendiculaires ont été particulièrement étudiées, une lithotoposéquence d'Ouest en Est, et une isoaltiséquence, selon une courbe de niveau choisie dans la zone la plus pentue. Le modèle de mélange a été développé sur la lithotoposéquence et appliqué à l'isoaltiséquence. Il permet : (1) de constater que les sols sont souvent issus du mélange de matériaux autochtones et allochtones, (2) de mettre en évidence que croupe et talweg ont des fonctionnements opposés, croupe sans apport allochtone ni érosion, talweg avec apports allochtones et érosion. <br>Trois modèles de représentation sont proposés : (1) le modèle conceptuel met en valeur l'hypothèse d'une pédogenèse polyphasique et l'importance de considérer la couverture pédologique comme un volume, (2) le modèle cartographique choroplète souligne les différentes interprétations et les choix possibles pour le nombre et la délimitation des unités cartographiques (3) enfin, un modèle statistique permet d'expliciter et de quantifier le modèle choroplète.

Cette thèse se propose d'explorer de nouvelles méthodes morphologiques permettant d'extraire les caractéristiques des régions qui composent une image. Ces méthodes sont en- suite destinées à être appliquées au problème de la segmentation d'image. Nous présentons tout d'abord deux approches classiques du problème de l'extraction de caractéristiques : celles basées sur les granulométries (opérations de tamisage) et celles basées sur l' étude des extrema des images numériques, en consacrant une attention particulière à la notion de dynamique. La dynamique value les extrema d'une image selon le contraste des régions qu'ils marquent ; nous montrons qu'elle équivaut à une opération de tamisage en contraste et que son principe rejoint celui des granulométries. Nous nous concentrons ensuite sur une généralisation du principe de la dynamique. Nous basons notre approche sur les opérateurs morphologiques connexes. Ces opérateurs ont pour spécificité d'agir sur les images en fusionnant leurs zones plates. Lorsqu'on ap- plique des opérateurs connexes de plus en plus sélectifs, des régions de l'image disparais- sent progressivement. Le niveau pour lequel une région disparaît caractérise la région au sens du critère du filtrage (en forme, en taille, en contraste, en volume...). Ceci nous conduit à introduire une nouvelle classe de transformations morphologiques, les fonctions d'extinction, qui valuent les extrema des images numériques selon les caractéristiques des régions qu'ils marquent. Une particularité importante des fonctions d'extinction, mise en évidence par l'algorithme de calcul efficace que nous proposons, est de fournir une descrip- tion hiérarchique des régions de l'image. Ceci se traduit, dans le calcul algorithmique, par la construction d'un arbre de fusion des extrema de l'image. Les fonctions d'extinction peuvent être utilisées pour sélectionner les régions perti- nentes d'une image et sont donc de grand intérêt dans les applications de filtrage et surtout de segmentation d'image (pour extraire les marqueurs des régions avant le cal- cul de la ligne de partage des eaux). Ce dernier point fait l'objet d'une étude appro- fondie. Nous donnons de nombreux exemples permettant d'illustrer leur intérêt pour la segmentation d'images complexes. Les résultats obtenus par cette méthode sont com- parés à ceux déduits de méthodes de marquage plus traditionnelles. L'apport le plus significatif des fonctions d'extinction pour la segmentation d'image est de systématiser et de simplifier considérablement la mise au point des algorithmes. Notamment, elles perme- ttent de mettre en oeuvre des processus rapides de segmentation hi érarchique interactive.

Dans la 1°partie sont étudiés les affleurements . Un historique sur l'origine des termes flysch et molasse est fait. La 2° partie aborde les résultats des méthodes utiliséees sur le terrain : stratonomie; figures sédimentaires; litage etc .. Les résultats obtenus en laboratoires sont étudiés en 3° partie. La 4° partie s'interesse aux caractères génétiques des deux faciés. En 5° partie : un essai de conclusion

Les niveaux gargasiens et albiens du Bassin vocontien (Sud-Est de la France) sont constitués par des marnes sombres dénomées "Marnes Bleues". Elles renferment en de nombreux points, des nodules barytiques qui ont été étudiés par PAILLERET (1983) . Une étude minéralogique, granulométrique et géochimique est effectuée sur dix coupes, de situations géographiques et d 'âges différents. La minéralogie des argiles est dominée par l'héritage, et elle permet de différencier trois périodes : - Gargasien - Albien inférieur: l'illite est dominante; - Albien moyen: les smectites prennent le pas sur l'illite; - Albien supérieur: les smectites dominent toujours, mais il apparait une proportion importante de kaolinite. Ces observations sont comparées avec celles de BROSSE (1982) sur les black shales gargaso-albiens de l'Atlantique Central. Un certain nombre d'indices minéralogiques et de relations entre la minéralogie et la géochimie des marnes nous font envisager une origine diagénétique pour certains minéraux: la chlorite, le quartz et certains minéraux entourés d'une auréole de lattes. Il n'existe pas de variations minéralogiques et/ou géochimiques importantes dans les horizons à nodules barytiques. Cependant dans les niveaux à nodules de l'Albien moyen et supérieur. la teneur en Ba est anormalement élevée et se traduit systématiquement par la présence de cristaux de barite (de l'ordre de 1 micron) * dans l'encaissant. L'étude granulométrique couplée aux résultats de l'analyse minéralogique permet de construire un modèle pour expliquer les différents types de croissance des nodules barytiques . Les teneurs anormales en Ba ne sont pas d ' origine détritique : il n'existe aucune relation entre la teneur en Ba dans la roche totale ou la fraction argileuse et la proportion en smectites ou en illites des marnes. Tant que les teneurs en Ba restent faibles, une corrélation avec les quantités de silice biogénique permet de retenir une origine diagénétique pour cet élément. Mais cette relation disparait lorsque les teneurs sont très élevées. Seule l'hypothèse d'une origine hydrothermale peut alors être avancée. Des déc0uvertes récentes (PAULL et al. , 1984) sur un hydrothermalisme "froid" donnent un nouvel éclairage à ce problème.

Les propriétés physiques, chimiques, mécaniques et rhéologiques des matériaux pulvérulents dépendent de manière notable de leur état granulaire. Ceci justifie la multiplicité des techniques granulométriques. Du fait de leur conception et de leur technologie, la plupart de ces techniques requièrent une préparation ou un prélèvement qui peuvent altérer l'état granulaire de l'échantillon. Une sonde granulométrique utilisable <i>in situ</i> présente donc un intérêt majeur, autant pour caractériser et contrôler en continu un procédé que pour obtenir des informations sur un mécanisme. C'est dans ce but que nous avons développé une sonde turbidimétrique spectrale. En effet, les mesures de turbidité sont réalisables par un capteur de petites dimensions utilisable <i>in situ</i> et relié à un ensemble spectrophotométrie. La distribution granulométrique d'une poudre en suspension est théoriquement accessible par le calcul à partir de son spectre de turbidité. Différents algorithmes et leurs logiciels correspondants ont été conçus ou mis au point Les possibilités et les limites de la turbidimétrie comme méthode granulométrique sont définies à partir de spectres mesurés ou simulés. Le domaine de sensibilité maximale ainsi déterminé est de [0.1-10 µm] pour les diamètres et inférieur à 10^-3pour la fraction volumique. Ces contraintes destinent la méthode aux applications en milieu peu chargé. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'étude particulière d'un phénomène de fragmentation de cristaux de suIfate de potassium dans un cristallisoir agité. L'objectif visé est double : prouver la faisabilité de la méthode pour suivre un processus réel dans un réacteur de type industriel et caractériser <i>in situ</i> un phénomène essentiel en cristallisation puisqu'il est responsable de la formation de la plupart des germes. Une telle étude en ligne n'a jamais été réalisée jusqu'à présent. Les paramètres du système sont la vitesse de rotation de l'agitateur, la nature du milieu liquide, le nombre et le diamètre des grains introduits initialement (grain "parents"). L'augmentation de la turbidité constatée expérimentalement est due à la production de petits fragments dont la taille est calculée grâce au logiciel évoqué plus haut. Dans l'éthanol, ces fragments microniques restent libres alors que dans une solution aqueuse saturée ils s'agglomèrent. Les influences de la plupart des paramètres sont expliquées. Le capteur turbidimétrique conçu et validé dans ce travail a été également appliqué avec succès à l'étude d'autres processus intervenant en cristallisation et en particulier la germination primaire, la germination secondaire et I'agglomération.

La première partie de ce travail est consacrée au développement d'un capteur granulométrique exploitant la rétrodiffusion de la lumière. L'intensité de la lumière rétrodiffusée est mesurée sur une large gamme de diamètre de particules (0,2 à 56 µm), indice de réfraction relatif <i>m</i> (1,09 à 1,94) et fraction volumique de solide Φ (10^-6 à 0,5). Les résultats expérimentaux sont comparés à trois approches théoriques : la méthode de rétrodiffusion simple qui décrit la rétrodiffusion dans des suspensions peu chargées, l'approximation de diffusion de la théorie du transfert radiatif qui est applicable pour des suspensions chargées et la méthode statistique de Monte Carlo qui peut être utilisée sur toute la gamme de fraction volumique. Il est démontré que le capteur de rétrodiffusion permet de déterminer - quand Φ et <i>m</i>. sont connus - le diamètre moyen des particules en suspension chargée. L'étendue de la gamme de mesure est d'environ 0,03 à 10 µm pour les diamètres et dépend de Φ et <i>m</i>. L'objectif de la deuxième partie est l'obtention d'une meilleure connaissance de l'agglomération de particules fines dans un écoulement turbulent. Dans ce but, la cinétique de l'agglomération est examinée sur une large gamme de Φ (2°10^-6 to 5°10^-3) dans une cuve agitée. Deux méthodes granulométriques <i>in situ</i> sont utilisées : la turbidimétrie et la rétrodiffusion. L'étude expérimentale montre que la croissance des agglomérats en cuve agitée est limitée par l'effet du cisaillement hydrodynamique : l'agglomération se poursuit au cours du temps jusqu'à atteindre un état stationnaire auquel correspond une taille limite d'agglomérat. Un modèle d'agglomération - fragmentation est présenté. Il permet de quantifier l'influence de la vitesse de cisaillement et de phi sur la cinétique de l'agglomération et la morphologie des agglomérats.

Le béton drainant est généralement utilisé pour ses caractéristiques drainantes, d'ailleurs ces dernières décennies ont été marqué par une utilisation croissante du béton drainant aux États-Unis, à cause de l'adoption d'une loi spéciale sur la gestion des eaux de ruissèlement et de surface. Les applications les plus courantes sont: les aires de stationnements, les chaussées à faible trafic et les terrains de tennis. Cependant, le béton drainant possède des faibles propriétés mécaniques comparativement au béton conventionnel. Ceci est dû à sa porosité effective relativement importante. Le but principal pour le concepteur est alors de trouver un équilibre entre les propriétés mécaniques et drainantes conformément aux exigences voulues. Dans cette étude, un intérêt particulier est porté sur la méthode de formulation du béton drainant. La méthode proposée dans la littérature ne couvre pas tous les granulats et ne fournit pas de recommandations simples d'application pour faciliter la procédure de formulation. Dans la méthode proposée, la porosité inter-granulaire, déterminée via la compacité granulaire, est le paramètre principal pour la formulation des bétons drainant. Il est également question d'évaluer l'effet de différents paramètres de formulation ainsi que de l'effet de l'énergie de consolidation sur les propriétés drainantes et mécaniques des bétons drainants. Les échantillons de béton sont préparés en utilisant deux différents niveaux d'énergie de consolidation. Une modélisation à l'aide des plans d'expériences considérant trois paramètres les plus influents (Rapport E/C, le volume de pâte, et la teneur en agent réducteur d'eau) a permis de quantifier la contribution de chaque paramètres ainsi que leur interactions sur les différentes propriétés évaluées. Afin de faciliter l'approche de formulation des bétons drainants, le volume de pâte est exprimé en fonction du volume de vide inter-granulaire (V P /VVG ). L'effet des particules fines sur les propriétés mécaniques a également été évalué. Les résultats 'de cette étude montrent que les propriétés déterminées à partir de la courbe granulométrique ne suffisent pas pour prédire la porosité inter-granulaire des granulats utilisés. Les résultats ont également montré que la formulation des bétons drainants est réalisable avec des rapports V P /GVG compris entre 30 à 60%. Cependant, le rapport VP /VVG optimal trouvé est situé à environ 50%. Par ailleurs, les résultats montrent que les propriétés mécaniques ne dépendent pas de la taille des granulats, mais elles sont fonction de la distribution granulométriques et de la quantité des éléments fins des granulats. L'analyse des résultats obtenus sur les bétons étudiés dans le programme montre que la porosité requise pour obtenir une perméabilité minimale de 1 mm/sec est de 19%. Les modèles statistiques établis sont fiables et peuvent être utilisé pour décrire l'influence des paramètres étudiés (rapport E/C, VP /VVG , agent réducteur d'eau) sur les propriétés drainantes et mécaniques du béton drainant. La validation des modèles est réalisée à l'aide des points centraux et des mélanges de la première phase se trouvant dans le domaine expérimental. Ces modèles sont exploités pour tracer les iso-réponses qui peuvent servir de guide de sélection de matériau pour faciliter la formulation des bétons drainants. Les modèles statistiques montrent que le rapport V P /VVG est le paramètre le plus influent parmi les paramètres étudiés. D'autre part, il est observé que le rapport E/C a une influence significative sur les propriétés mécaniques, En effet, une augmentation du rapport E/C améliore les propriétés mécaniques. [symboles non conformes]

Quand des matériaux pulvérulents sont manipulés, il est inévitable qu’une partie soit dispersée dans l’atmosphère environnante, ce qui conduit à une mise en suspension dans l’air et à des dépôts sur les surfaces. Il y a risque pour la santé des opérateurs sur les lieux de travail, s’ils entrent en contact direct avec les particules en suspension dans l’air par toucher, ingestion, ou par inhalation avec des risques spécifiques de maladies professionnelles tels que des cancers ou des empoisonnements si les produits sont toxiques ou nocifs. Le but de ce travail a été de concevoir, de réaliser et d’exploiter un pilote exprimental afin d’étudier les mécanismes de mise en suspension de poussières lors du déversement de poudre d’un silo. Le panache formé a été observé et caractérisé par des mesures optiques de distribution de taille de particules, de vitesse et d’analyse d’images, ainsi que des bilans globaux de matière.Ces mesures ont ensuite été confrontées à un modèle numérique.

La qualité de la récupération des minéraux et métaux de valeur contenus dans les minerais est fortement liée à la granulométrie des particules soumises au procédé d'enrichissement. La granulométrie est généralement contrôlée par les hydrocyclones du circuit de broyage. Une inspection détaillée de ces équipements n'est pas évidente; ce qui entraîne souvent une classification inefficace. L'objectif du projet est d'évaluer l'opération d'un hydrocyclone dans différentes situations anormales de fonctionnement causées par des bris mécaniques ou encore des conditions de surcharge. Les travaux avec un hydrocyclone en usine pilote ont fourni les données pour évaluer l'impact des anomalies sur la classification et permis de calibrer un modèle qui est capable de détecter un problème d'opération de l'hydrocyclone.