Des expériences ont été réalisées à partir d'un métagrauwacke et d'une métapélite saturée en silicate d'alumine dans un vaste domaine P-T (P=0,5-0,8 GPa; T=750-1000°C) pour étudier les relations de phases dans les roches subduites et les variations de composition des minéraux. Pour le grauwacke , l'assemblage minéralogique phg + cpx + grt + qtz/ coes est stable à P>2,3 GPa, alors que l'assemblage bt +pl + grt + qtz est stable entre 0,5 et 2,0 GPa. pour T<900°C,contrairement aux roches basiques , la phg demeure stable à UHP. La présence d'un minéral hydraté lors du pic de P et durand l'exhumation a d'importantes conséquences sur la fusion partielle et la rétromorphose.Contrairement aux roches basiques , l'apport de fluide pas indispensable à la rétromorphose et à la fusion des roches acides subduites puis exhumées. L'examen des principales unités métamorphiques de ultra-haute pression confirme le rôle de la fusion partielle lors de l'exhumation dans la plupart d'entre elles.

Les buts de cette thèse sont (1) de déterminer si les âges modèles en Nd obtenus sur des terrains protérozoïques migmatisés correspondent réellement à l'âge d'extraction du magma de sa source mantellique (exemple du Limpopo Belt en Afrique du Sud) et (2) de comparer les âges Sm-Nd sur grenat et les âges U-Pb sur zircon déterminés sur des éclogites (exemple du Dabieshan en Chine Centrale). La Zone Centrale du Limpopo Belt est constituée principalement d'orthogneiss et de paragneiss. Elle a subi un métamorphisme granulitique suivi par des conditions métamorphiques de décompression à 2.0 Ga (trajectoire pression et température dans le sens horaire). Nous avons effectué des analyses isotopiques en Sm-Nd et U-Pb combinées aux analyses en éléments majeurs et traces sur trois examples de migmatites formées à 2.0 Ga afin d'étudier le fractionnement chimique et isotopique qui pourrait avoir lieu au cours de la migmatisation. La fusion partielle selon la réaction de déhydratation de la biotite met en exergue des comportements différents du système isotopique Sm-Nd dans les métagreywackes et dans les métapélites. Dans le premier cas, l'équilibre chimique et l'homogénéisation isotopique en Nd n'ont pas été achevés à cause de la fusion incongruente du plagioclase et de l'influence des minéraux accessoires sur la composition chimique des liquides. Il est démontré que la monazite est préférentiellement entraînée dans les leucosomes plutôt que l'apatite, provoquant ainsi la domination de la composition chimique de la monazite sur celles des liquides. De plus, la composition isotopique en Nd non-radiogénique de ce minéral accessoire domine celle du leucosome. Ainsi, les âges modèles en Nd des leucosomes sont jusqu'à 400 Ma plus vieux que ceux obtenus sur les paléosomes. Les âges modèles en Nd obtenus sur ces roches ne peuvent donc pas être uti lisés comme âge de formation de la croûte continentale en Afrique du Sud. Dans le cas des métapelites, la fusion incongruente du plagioclase a influencé la distribution des éléments majeurs, des Larges Ion Lithophi le Element ainsi que des Rare Earth Efement entre les paléosomes et les leucosomes. L'échange isotopique -en Nd entre les différents composants migmatitiques a été pratiquement atteint, au contraire des isotopes du Pb qui ne montrent qu'une homogénéisation partielle. Cependant, deux leucosomes à grenat présentent des compositions isotopiques en Sm-Nd et U-Pb supérieures aux autres composants migmatitiques. Ceci suggère qu'en règle générale les minéraux accessoires ont été chimiquement et isotopiquement équilibrés avec les leucosomes et les paléosomes. De ce fait, les âges modèles en Nd calculés sur les paléosomes et les leucosomes représentent des âges significatifs pour la formation de la croûte continentale dans la Zone Centrale du Limpopo Belt. Le dernier exemple est un orthogneiss migmatitique qui s'est formé par ségrégation métamorphique à des conditions subsolidus. La distribution des éléments majeurs et traces est directement proportionnelle à la quantité de chaque minéraux formant les composants migmatitiques. L'échange __ _ ___ _ isotopique en Pb a été achevé comme le montre l'isochrone en Pb-Pb sur les roches -:_~~ totales à 2.0 Ga. De plus, les caractéristiques géochimiques associées à une modélisation de la distribution des REE indiquent que le système est resté clos à - -----l'échelle de la roche totale durant le processus de migmatisation .. Ainsi, la composition isotopique en Nd du protolithe a pu être déterminée grâce à l'équation de conservation de masse et peut être utilisée pour défini~ l'âge de la formation de la croûte continentale. Le terrain Métamorphique de Ultra-Haute Pression (UHPM) du Dabieshan ______ est caractérisé par la présence de coésite et de quartz pseudomorphe dans les éclogites de composition basaltique mais aussi dans les roches d'origine sédimentaire. Les Isochrones en Sm-Nd sur grenat-omphacite-roche totale des éclogites à coésite du Massif de Bixiling donnent des âges variant entre 210 ± 9 Ma et 218 ± 4 Ma, très similaires aux âges U-Pb sur zircon à 218.4 ± 1.8 Ma et 218.4 ± 2.5 Ma (Ames et al., 1995). De plus, une isochrone Sm-Nd sur grenat-disthène-roche totale d'une éclogite rétromorphosée donne un âge à 231 ± 35 Ma en accord avec un âge à 233 ± 21 Ma (intercepte bas dans le diagramme concordia). Nous avons (:lffectué des datations par les méthodes Rb-Sr et Ar-Ar sur des phengites et des biotites de l'encaissant des éclogites à coésite de Bixiling. Les âges varient entre 198 ± 4 Ma et 212 ± 2 Ma recouvrant les âges précedemment obtenus par Sm-Nd sur les éclogites à coésite. Par conséquent, les âges Sm-Nd sur grenat sont en accord avec les âges U-Pb sur zircon et montrent que les gneiss quartzo-feldspathiques ont subi un événement métamorphique à -210 Ma comme les éclogites. L'homogénéisation isotopique en Nd entre les différents minéraux semblent être atteinte à l'âge du métamorphisme.

Le comportement rhéologique de suspensions magmatiques synthétiques hydratées a été expérimentalement étudié en déformation coaxiale et en torsion à haute température et haute pression à l'aide d'une presse de type Paterson. Les résultats obtenus illustrent l'influence de la fraction cristalline et de la forme des cristaux sur la rhéologie et le développement des Orientations Préférentielles de Forme (OPF) des particules au sein des suspensions magmatiques. La formation d'une charpente cristalline, associée à une forte hausse de la viscosité, intervient pour des fractions solides comprises entre fs = 0,20 et 0,38 en relation avec le développement de fabriques de type pénétratif. En augmentant la fraction solide (fs = 0,50), le développement d'une fabrique pénétrative, couplé à des bandes de cisaillement bordées de gradients de déformation, engendre un adoucissement de la réponse rhéologique et une hausse moins importante de la viscosité. Pour fs = 0,58, des bandes de cisaillement de type cassant sans gradient de déformation, recoupant une suspension non déformée, apparaissent et contrôlent le fort adoucissement de la réponse rhéologique. La viscosité de la suspension n'augmente plus alors que légèrement. Au-delà de cette fraction cristalline, les suspensions étudiées montrent une forte réduction de la taille et du rapport de forme des cristaux se traduisant par une stabilisation de la réponse rhéologique en fonction de la déformation. Aucune OPF n'a pu être déterminée et une quasistabilisation de la viscosité est observée (comportement mécanique de solide). Toutes les suspensions étudiées se caractérisent par un comportement rhéologique non-Newtonien de type rhéofluidifiant. La dépendance entre le comportement rhéologique des suspensions magmatiques et le développement des microstructures doit être intégrée dans la modélisation de la mécanique des suspensions magmatiques.

Depuis une vingtaine d'années, l'utilisation de la technologie des fluides supercritiques suscite un grand intérêt comme alternative aux techniques conventionnelles pour de nombreuses applications telles que l'extraction, le fractionnement, la génération de particules, la chromatographie et la réaction chimique. Cependant, le développement de ce type de procédés nécessite au préalable de caractériser les propriétés du milieu considéré tel que le comportement thermodynamique des phases du point de vue de leurs compositions à l'équilibre et de leur caractéristiques thermophysiques telles que la viscosité, la densité, la diffusivité et l'expansion volumique. De plus, la connaissance de ces propriétés est essentielle à la compréhension des mécanismes des processus mis en jeu mais malencontreusement insuffisante dans la littérature. C'est dans ce contexte que ces travaux de thèse ont été réalisé et ont permis de développer des techniques de caractérisation de propriétés thermophysiques adaptées à la haute pression telles que la viscosimétrie à chute de bille, la mesure de densité utilisant la technologie du tube vibrant et la mesure de solubilité par analyse gravimétrique. Les investigations ont été uniquement menées sur la phase liquide de systèmes binaires très variés du point de vue de la nature physico-chimique des constituants : CO2-DMSO, CO2-PEG400 et CO2-beurre de cacao. Ce travail de thèse a également été consacré à la modélisation de ces propriétés au moyen d'équations d'état et de modèles empiriques ajustés sur les résultats expérimentaux. Développement d'un dispositif de mesure d'équilibre de phase Liquide-Vapeur Cette technique analytique a été développée pour mener des investigations sous haute pression (jusqu'à 35 MPa) de systèmes binaires composés d'une phase liquide (ou fondu) et d'une phase vapeur. Le dispositif a été validé en comparant les résultats obtenus sur le système DMSO-CO2, avec ceux de la littérature. Cet appareillage permet simultanément de déterminer la densité (au moyen d'un densimètre utilisant la technologie du tube vibrant) et la composition d'une phase, en l'occurrence ici la phase liquide, déterminée par analyse gravimétrique. Cette méthode est basée sur le prélèvement dans une cellule de mesure placée sur une balance de précision. L'échantillon de la phase liquide du système étudié, est prélevé dans des conditions de pression et de températures fixées et maintenues constantes lors de l'opération. La séparation des composés est obtenue après dépressurisation de la cellule et la quantité de CO2 initialement dissoute est ainsi déterminée par différence par rapport à la masse de l'échantillon prélevé. Développement d'un viscosimètre à chute de bille Ce dispositif a été spécifiquement conçu pour effectuer de mesures de viscosité sous pression. L'enceinte contenant le viscosimètre est une grande enceinte cylindrique. Les conditions maximales de pression et de température sont respectivement de 44 MPa et 200 °C. La technique est basée sur l'observation de la chute d'une bille d'aluminium (2 mm de diamètre) dans un tube en verre (2.1 mm de diamètre et 20 cm de longueur) au moyen d'une caméra rapide (30 à 500 images/s) au travers des hublots en saphir de l'enceinte. La vitesse terminale de chute permettant de déduire la viscosité du fluide considéré, est déterminée par analyse d'image des films capturés au moyen d'un outil spécialement conçu sous Matlab®. En première approximation, l'écoulement du fluide dans le tube peut-être considéré de type Poiseuille et laminaire. Un bilan de quantité de mouvement sur le fluide permet d'en déduire une définition simplifiée de la viscosité. Cette estimation de la viscosité permet d'initialiser des calculs CFD réalisés par la méthode des éléments finis sous Comsol® Multiphysics. En outre ces calculs ont permis d'estimer le terme correctif tenant compte de la forme spécifique du champ de vitesse à proximité de la bille.

L'étude des métapelites de haute pression des Alpes occidentales révéle une grande variété de degrés métamorphiques, depuis un domaine a Fe-Mg-carpholite, un domaine intermédiaire à chloritoïde magnesien-talc-phengite, jusqu'à un domaine ou sont stables la coesite, le pyrope et l'ellenbergerite, nouveau mineral du systeme pelitique. L'etude expérimentale du système MgO-Al(2)O(3)-SiO(2)-H(2)O a permis la synthèse de Mg-carpholite, Mg-chloritoide et pyrope, et la determination de leur stabilitè et relations de phase entre 400 et 800°C, 15 et 40 kbar. Appliquées aux systèmes naturels et associées à de nouvelles datations (39Ar-40Ar), ces données sont intégrées dans un schéma évolutif de la chaine alpine impliquant l'enfouissement de la croûte continentale à près de 100 km de profondeur

Les Alpes sont classiquement décrites comme étant une chaîne de collision type. Cependant les données métamorphiques et géochronologiques montrent que l'essentiel de l'histoire des Alpes s'est déroulée en contexte de subduction. La subduction continentale est responsable de la formation de unités cristallines internes en raison du réchauffement au sommet de la lithosphère subduite, comme le montre les modèles thermique 1D et thermomécanique 2D élaborés dans cette étude. Ces modèles permettent de quantifier l'angle et la vitesse d'une subduction à partir des données Pression - Température des unités écaillées durant celle-ci. Ces estimations permettent de reconstruire la géométrie 3D et l'évolution de la subduction Alpine, permettant de valider un nouveau modèle d'exhumation~: l'extension associée au retrait de la subduction. Des modèles paléogéographiques permettent d'imager ce modèle d'exhumation, mettant en évidence le synchronisme de l'exhumation, du retrait de la subduction.

Des cristallites de dioxyde de cérium de taille submicronique ont été préparées par une nouvelle méthode: la synthèse solvothermale. Les précurseurs du matériau, solubles dans le solvant ou en suspension dans celui-ci, sont portes à haute pression (15 a 50 MPa) et haute température (200°C à 500°C) dans un domaine proche des conditions hypercritiques du système. Le comportement thermique des microcristallites de dioxyde de cérium obtenues a été comparé a celui des particules préparées par des méthodes conventionnelles.

Ce travail a pour but de proposer une nouvelle approche du dimensionnement optimisé des réservoirs de stockage d'hydrogène de type IV visant à mieux répondre aux enjeux industriels. Les objectifs scientifiques et techniques consistent à disposer de modèles qualifiés pour la simulation du comportement de ces réservoirs, associés à des méthodologies de dimensionnement et d'optimisation fiables. La démarche s'appuie sur trois axes principaux :- proposer une démarche de conception prédictive en intégrant (i) un premier aspect lié à la ruine de la structure qui est la conséquence de mécanismes complexes et multiples d'endommagement s'initiant, s'accumulant et se développant dans un milieu anisotrope et (ii) des modèles de simulation de la structuration composite spécifique au procédé d'enroulement filamentaire, technologie employée largement dans la fabrication des réservoirs de stockage à haute pression. Leurs implémentations constituent une première avancée face à l'existant ;- choisir et évaluer les paramètres structuraux par une démarche d'optimisation où nous sommes amenés à utiliser (i) des méthodes de métamodélisation permettant de répondre aux contraintes de coûts, (ii) des méthodes spécifiques de tri et (iii) des méthodes à spectres larges qui recherchent des solutions sur une large population telles que des méthodes génétiques ;- qualifier la démarche dans sa globalité par une comparaison entre calculs et essais. Ainsi, la finalité de ce travail est de développer et valider des modèles et méthodes pour permettre de mieux concevoir, tester et fabriquer à moindre coût un réservoir avec une structure calculée optimisée.

Afin d'augmenter le rendement et la puissance spécifique des turbines à gaz, la température en entrée de la turbine haute pression a été continuellement augmentée, au point d'atteindre une valeur de l'ordre de la température de fusion des matériaux. La capacité à prédire l'écoulement (température en particulier) dans la turbine est donc un élément essentiel pour la conception des turbines à gaz, particulièrement pour celle qui ne sont pas refroidies. Toutefois, cette tâche est rendue difficile par l'extrême complexité de l'environnement dans lequel la turbine évolue (interaction avec la chambre de combustion, effets technologiques, couplage thermique fluide / solide, etc.).L'objectif de ce travail de thèse est de proposer, d'une part une stratégie de simulation numérique afin de prédire au mieux les champs aérothermiques dans une turbine haute-pression, d'autre part une méthode d'analyse permettant de quantifier l'impact des différents éléments de l'environnement sur les performances. Pour répondre à ces objectifs, des simulations instationnaires d'un étage de turbine ont été réalisées avec le code elsA, prenant en compte les effets technologiques (baignoire, refroidissement externe grâce aux évents du distributeur et aux cavités moyeu et carter du rotor qui sont alimentés par le système d'air secondaire, congés de raccordement) et les transferts thermiques conjugués. Une analyse de la production locale d'entropie a aussi été menée afin de comparer les performances aérodynamiques pour plusieurs niveaux d'approximations dans la définition de la turbine (prise en compte ou non de tel ou tel effet technologique) et de localiser l'origine de ces différences. L'analyse des résultats a montré que la hauteur de jeu et le système de refroidissement externe ont l'impact le plus significatif sur les performances aérodynamiques de la turbine. La température de paroi de la pale de rotor est de son côté fortement influencée par l'écoulement issu de la chambre de combustion, le refroidissement externe et le couplage thermique fluide / solide. Ce travail est un premier pas vers la réalisation de simulations totalement intégrées qui doivent permettre d'améliorer la précision des conceptions.

Dans le domaine des plasmas non-thermiques, le terme " haute pression " fait le plus souvent référence à des pressions comprises entre 0,01 MPa et 0,1 MPa. Pour des pressions supérieures à 1 MPa, le comportement des décharges électriques à faible courant continu reste un sujet très peu abordé. L'étude et la maîtrise de ce type de décharge peut cependant ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de la chimie réactionnelle et notamment dans le domaine de la conversion des hydrocarbures. L'objectif de cette thèse vise à apporter une contribution à l'étude de décharges électriques de type " pointe-pointe " à très haute pression et faible courant à travers une analyse paramétrique (pression, écartement inter électrode, géométrie des électrodes, courant électrique, nature du gaz plasmagène) à partir d'une approche théorique et expérimentale. L'étude théorique aborde trois aspects complémentaires. La première porte sur la modélisation magnétohydrodynamique à l'intérieur de la chambre réactionnelle en conditions non réactives. Pour ce faire, nous avons considéré que le plasma est à l'équilibre thermodynamique local et que l'arc est un canal conducteur dont le rayon suit une loi parabolique en fonction de la distance à la cathode. Le modèle tient en compte la force de pesanteur. Les paramètres de la fonction parabolique sont calculés à partir de la minimisation des pertes d'énergie de la décharge (ou principe du minimum de Steenbeck). La deuxième étude théorique porte sur la modélisation des phénomènes physiques au voisinage des électrodes, à savoir : zones cathodique et anodique. L'objectif du modèle est d'une part de comprendre l'influence des paramètres (P, Te, Th, Tw) sur les chutes de potentiel au voisinage des électrodes, et d'autre part d'expliquer, de façon théorique, les résultats expérimentaux qui sont obtenus au laboratoire. Enfin, la dernière contribution à l'étude théorique vise l'évaluation du caractère non-thermique de la décharge à l'intérieur de la colonne positive de l'arc. Nous avons utilisé une approche d'Elenbaas-Heller pour un plasma à deux températures couplée à la Loi d'Ohm. Pour l'ensemble des modèles, la composition et les propriétés du plasma sont calculées à partir d'un modèle, basé sur la méthode cinétique, spécialement développé pour un plasma à deux températures et à haute pression (éloignement de l'état de gaz parfait). Sur un plan expérimental, la décharge d'arc est étudiée à partir d'un dispositif de laboratoire spécifiquement développé pour cette application d'abord dans les conditions non réactives (Ar, N2, H2). Cette étude vise notamment l'obtention des courbes caractéristiques courant-tension. L'ajustement d'une formule modifiée de type Ayrton est considéré pour prendre en compte l'effet de la pression. L'étude de la décharge en conditions réactives est ensuite abordée dans un mélange CO-H2. Ces résultats exploratoires démontrent la faisabilité de synthèse d'hydrocarbures à haute pression. Ils confirment que la pression tend à favoriser la sélectivité des espèces hydrocarbonées lourdes. Ce comportement corrobore l'étude théorique développée en parallèle.