L'image de la ville de Bénarès (Kāśī, Varanasi) est liée à son ensemble de ghāṭ – berges en forme de gradins – qui se déploie de façon monumentale sur la rive concave d'un méandre du Gange. L'aménagement de ce front d'eau s'inscrit dans un contexte culturel particulier qui nécessite un rapport de proximité avec l'eau du fleuve. La construction et le développement de ce front d'eau dans le temps et la manière composite dont les éléments architecturaux s'y sont intégrés, interrogent aujourd'hui cette grande unité urbaine qui forme un espace public de plus de 6 km de long. L'objectif de cette thèse est de comprendre les éléments qui ont concouru à la naissance et au développement de ce front. La forme architecturale et urbaine du ghāṭ est considérée comme un dispositif construit modulable adapté à un milieu fluvial, à une topographie et à des pratiques liées à la culture du lieu, qui facilite l'accès à l'eau quel que soit son niveau. M'appuyant sur des images anciennes, sur une série d'enquêtes de terrain et de relevés architecturaux, ainsi que sur des plans de travaux officiels, j'étudie les techniques de construction face aux contraintes de l'eau, j'observe et j'analyse le dialogue de cette forme de berge avec la géographie et le paysage urbain pour en mieux approcher son architecture et j'explique la matérialisation du ghāṭ par les pratiques diverses qui s'y déploient et les parcours symboliques qui y font référence. La relation toute particulière que la ville entretient avec son fleuve par l'architecture des ghāṭ explique son potentiel urbanistique inhérent à son développement dans le temps et le long de la berge / The image of Benares (Kāśī, Varanasi) is closely associated to the architecture of its riverfront composed of ghats – steps and terraces – that stretch out in a monumental way on the concave bank of a meander formed by the river Ganges. The expansion of this riverfront has to be understood in relation to a cultural tradition that demands a close proximity to the waters of the river. The construction and development of this riverfront in time and the various ways in which each architectural element is integrated with the river bank, calls into question its impressive urban unity that forms a public space extending more than 6 km. The aim of this thesis is to identify the elements that have contributed to the origin and the development of this front. The architectural and urban form of the ghat is considered as a constructed flexible device adapted to a specific river environment, a characteristic topography and to practices linked to the culture of the place, which allows for easy access to the varying levels of the river's water level. Based on pictorial archives, interviews, measure drawings done on site and on official planners' drawings, I examine the techniques of hydraulic constructions best adapted to counter the river's currents, I observe and analyze the relations between the riverbank, the geography and the urban landscape so as to better approach the ghats' architecture and I explain the materialization of the ghat through the diverse practices and the symbolic trajectories that surround it. The particular relation that the city entertains with its river, through the architecture of ghats, explains its urban potential inherent to its development in time and space i.e. along its river bank

Ce travail de recherche est résultat d’une collaboration active entre les deux écoles d’architecture de Toulouse et le DICAAR de Cagliari qui explore la relation entre le paysage rural et le projet d’architecture. La choix d’une thèse qui se focalise sur le cas d’étude “local” se détache de la dimension de l’individu particulier, encarré comme cas typique de la Méditerranée, espace de condensation de nouvelles dynamiques agricoles liées au déplacement d’intérêt de la ville au village, avec les changements climatiques et ses influences sur l’architecture et les cultures constructives locales. La Sardaigne est un cas de recherche intéressant, soit pour la variété de son territoire, soit pour les changements climatiques qui voient une radicalisation progressive des conditions de l’intermittence de l’eau. La lecture des principes traditionnels de gestion de l’eau devient la base pour définir les instructions du projet qui doit comprendre la prévention des risques et la production de nouveaux espaces pour la campagne grâce à des techniques de gestion de l’eau. Les cas choisis sont situés sur les quatre rivières les plus importantes de la Sardaigne, qui ont été soumis à des phénomènes météorologiques extrêmes. Les projets sont basés sur la notion de temps, en particulier de la réversibilité de l’intervention, et de la définition de dispositifs légers. Dans la dernière section on résume une matrice des bonnes pratiques et des lignes directrices pour la gestion de l’eau et la gestion des terres qui est basée sur l’identification et l’analyse des questions critiques, le projet d’action qui utilise les technologies et la définition des espaces de qualité. Le projet doit se baser sur un concept de développement durable qui regarde une architecture qui se auto-soutiens, un projet de paysage qui peut produire par soi-même les ressources nécessaires. / This research is the result of an active collaboration between the two schools of architecture of Toulouse and the DICAAR of Cagliari, which explores the relationship between the rural landscape and the project. The research deals with architecture design in weak contexts, exploring the possibilities offered by water techniques in rural areas. The field survey is Sardinia, characterized by a difficult relationship with water, caused by intermittence that generates problems like drought and flooding. It is necessary to understand the rules of water and land management in order to develop a new operational line on the territory. Reflecting on traditional techniques in terms of standards intends to understand the primary management rules to be applied in the contemporary project, the construction details of the scale, but also on thescale of the urban network and territory, useful for the identification, prevention and management of risks. Reading the principles of management becomes the basis for defining project instructions which must include risk prevention and the production of new areas for the campaign through water management techniques. Selected case studies are located on the four most important rivers of Sardinia, which have historically been subjected to extreme weather events. The projects are based on the notion of time, in particular the reversibility of the intervention, with the construction of an abacus of good practices and new architectures based on the identification and analysis of critical issues, the action project that usestechnologies and the definition of quality spaces. The matrix reflects on a series of projects that addressed the relationship between technology and landscape in complex climatic conditions. The project must be based on a concept of sustainable development that looks at a self-supporting architecture, a landscape project that can produce by itself the resources.

Cette étude, en partenariat avec l'AFB (Agence Française pour la Biodiversité), a pour objectif decomprendre le devenir des sédiments qui ont été bloqués dans des barrages hydrauliques. Lorsdes « chasses » (lâchers massifs d’eau) réalisées pour assurer la continuité écologique des coursd'eau avec retenues, une certaine quantité de sédiments est relarguée en aval de la retenue, cessédiments sont ensuite transportés sur un fond de rugosités immobiles à différentes échelles(gravier, galets, rochers). L'objectif de cette thèse est donc d'étudier comment la présence degrains grossiers et immobiles peut avoir un effet sur les différentes échelles du transport desédiment. Au travers de trois études expérimentales en canaux hydrauliques à surface libre, danslesquelles les grains grossiers immobiles sont modélisés par une canopée d'hémisphèresrégulièrement espacés, différents impacts de la présence des rugosités immobiles sont mis enexergue. Une étude préliminaire a tout d'abord pour objectif de comprendre comment l'apparitiond'une rugosité isolée dans du sédiment a pour effet de modifier les conditions d’hydrodynamiquelocale à l’amont de cette rugosité, en particulier par la mise en place d'un système de tourbillon(tourbillon en fer à cheval) pouvant accentuer le taux d'érosion locale. Ce tourbillon, trèsdocumenté pour des rugosités à géométrie simple, demeure très peu étudié dans le casd'obstacle aux parois courbées de type grains de rivière. Cette étude montre alors que lesdimensions et l'intensité du tourbillon en fer à cheval sont plus faibles dans le cas d'un obstacleaux parois inclinées et courbées que dans le cas d'un obstacle aux parois normales au fond, cephénomène étant expliqué par la facilité du fluide à contourner et l'obstacle, et donc la diminutiondu gradient de pression adverse à l'amont de l'obstacle, responsable du décollement de la couchelimite incidente et de la formation du tourbillon en fer à cheval. Dans une seconde étude,l'hydrodynamique locale proche de sédiment placé dans un patch d'hémisphères est mesuré, pourdifférents niveaux de découvrement du patch et pour du sédiment collé au fond du canal. Ilapparaît qu'en fonction du découvrement ($P = k/R$ avec $k$ la hauteur découverte d'unerugosité et $R$ sa hauteur totale), de forte variations locales de contrainte et de niveaux deturbulence au fond se mettent en place, le sédiment étant soumis à des sur-contraintesimportantes à l'arrière des rugosités pour $P = 20\%$, mais protégés pour des découvrementsplus importants. Une analyse par quadrants montre alors que ce phénomène peut être expliquépar la capacité des événements turbulents instantanés de forte intensité à pénétrer entre leshémisphères pour atteindre le sédiment. Une troisième étude dans un canal aux dimensions plusimportantes consiste à analyser la déstabilisation d’un lit sédimentaire initialement plat etrecouvrant totalement une canopée d’hémisphères immobiles. En début de la déstabilisation du lit,des dunes se forment et croissent, jusqu'à ce que leur volume devienne limité par l'apport initial desédiment. Des zones érodées apparaissent alors entre ces dunes, dans lesquelles on observe dusédiment protégé entre les hémisphères immobiles. Il apparaît alors que cette protection estdépendante de la dimension des zones érodées. Sur les temps longs et après évacuation desdunes en aval du canal, l'effet de protection des hémisphères immobiles sur le sédiment est misen avant, avec en particulier l'obtention d'une forte dépendance du taux d'érosion des grains enfonction du niveau de découvrement des hémisphères, un ralentissement soudain de l'érosionétant obtenu pour $P \sim 50 %. Ce changement de régime est expliqué en lien avec les résultatsde l’étude précédente sur les groupes d’hémisphères.

La modélisation hydrogéologique est un outil puissant de compréhension de nombreux<br />processus mettant en jeu le transport d'eau et de matière en milieu poreux souterrain. La<br />problématique du devenir du combustible nucléaire en fin de cycle, à forte activité<br />radiologique et à longue durée de vie, a donné de l'élan à la recherche sur cette<br />thématique. L'objectif de la recherche est de montrer, grâce à la modélisation, la<br />faisabilité et la sûreté de différents scenarios comme le stockage quasi-définitif de<br />milliers de conteneurs dans de vastes réseaux de galeries souterraines, creusées dans des<br />couches géologiques profondes et peu perméables, ou leur entreposage sur quelques siècles<br />dans des sites plus proches de la surface en attendant de leur trouver un usage ou une fin<br />plus définitive.<br /><br />Dans ce contexte, ce rapport de thèse retrace quelques unes des approches complexes mises<br />en oeuvre dans la modélisation de processus élémentaires concourant au transport d'eau<br />et de polluant en milieu poreux. La complexité est envisagée dans les processus mis en<br />jeu, dans la structure du milieu et dans les méthodes numériques déployées. <br /><br />Thermo-hydraulique<br /> <br />La physique complexe de l'écoulement diphasique eau/air, couplé à la thermique, est<br />exposée théoriquement en partie I, à l'aide d'un modèle thermodynamique après avoir<br />précisé et critiqué quelques concepts comme le potentiel de l'eau, la charge hydraulique<br />d'une phase gazeuse, la pression capillaire, la loi de Fick, l'osmose, etc. Un modèle<br />numérique simplifié à trois équations de conservation (eau, air, et enthalpie) est exposé,<br />y compris dans sa dégénérescence à un seul constituant ou une seule phase. Il est mis en<br />oeuvre pour simuler le fonctionnement d'un dispositif expérimental, appelé MASCILIA,<br />reproduisant dans son principe l'entreposage géologique d'un container de déchets<br />radioactifs de haute activité. Il consiste en un chauffage localisé d'un bac de sable<br />rempli d'eau, et le suivi du développement d'une "bulle" de vapeur. On montre comment<br />s'entretient un échange de chaleur par effet caloduc à l'interface de cette bulle et du<br />milieu poreux encore saturé d'eau.<br /><br />Milieux hétérogènes<br /> <br />La complexité peut aussi découler de l'hétérogénéité du milieu poreux. La Méthode de<br />Monte-Carlo permet de générer des réalisations de milieux aléatoires connaissant leur<br />structure statistique. On applique cette méthode, en partie II, à des milieux<br />sédimentaires (non fracturés) afin, par l'intermédiaire de modèles stochastiques, de<br />comprendre l'impact des hétérogénéités sur la réponse d'un milieu naturel à diverses<br />sollicitations. L'influence de la proximité, en 2D, de frontières déterministes (comme des<br />conditions aux limites) sur la structure statistique des grandeurs associées à<br />l'écoulement et au transport a été caractérisée (chapitre 2). Elle peut être très<br />importante, tant sur la charge hydraulique et la vitesse de Darcy que sur l'étalement<br />longitudinal ou transversal d'un panache de traceur. Ces effets sont sensibles également à<br />la nature (charge ou flux) de la condition imposée aux limites. On met en évidence<br />numériquement ces particularités et on en démontre une partie théoriquement. Cette analyse<br />est importante pour l'interrogation numérique du concept de dispersivité.<br /><br />La dispersivité est une mesure de l'étalement de type diffusif d'un panache au fil du<br />temps. Son intérêt est mis à l'épreuve au chapitre 3, avec la même méthodologie que<br />précédemment, d'écoulements moyens non uniformes (tournant, radial convergeant vers un<br />puits, dipolaire entre deux puits). Elle s'avère dépendre étroitement du type d'écoulement<br />et n'est donc pas une caractéristique intrinsèque au milieu poreux. De plus, elle ne rend<br />compte que de la partie gaussienne de l'étalement spatial des panaches, quand précisément<br />cet étalement est en réalité fortement dissymétrique en présence de puits. L'existence<br />d'une telle singularité de l'écoulement a pour conséquence que la dispersivité n'atteint<br />pas de valeur asymptotique. Ainsi, tout calage d'une dispersivité sur la base d'essais de<br />traçage entre puits est sans rapport avec la réalité des processus<br />dispersifs. Paradoxalement, et dans le cas précis d'un seul puits de pompage, il se trouve<br />toutefois que la dispersivité calée rend bien compte de la dispersivité que le milieu<br />exhiberait si l'écoulement était uniforme.<br /><br />Transport particulaire<br /><br />Ces études numériques s'appuient sur le développement de méthodes sophistiquées de<br />résolution d'équations d'écoulement et de transport. On détaille ainsi, chapitre 4, un<br />algorithme de transport particulaire avec convection, diffusion et dispersion. Aux sauts<br />élémentaires de convection s'ajoutent des sauts aléatoires (bruit blanc) engendrant de la<br />diffusion. C'est le principe de la marche aléatoire. L'originalité de l'algorithme réside<br />dans la localité des sauts, que l'on limite à chaque maille par calage du pas de temps en<br />résolvant une équation du second degré en racine de Delta t. On évite ainsi un léger<br />biais positif sur les sauts diffusifs entre mailles.<br /><br />Géochimie simplifiée<br /><br />On aborde enfin au chapitre 5, en l'illustrant sur un cas-test, la modélisation du<br />transport d'espèces disparaissant par décroissance radioactive, pouvant aussi être<br />dissoutes, adsorbées ou précipitées. Cette situation, mathématiquement fort générale, se<br />rencontre notamment lors de la lixiviation de la matrice d'oxyde d'uranium constituant les<br />barres de combustible nucléaire, lorsque l'eau souterraine a achevé de corroder les<br />conteneurs. On compare plusieurs algorithmes calculant, par point fixe, l'équilibre de<br />dissolution dont la cinétique peut être au choix instantanée, linéaire ou imposée. Les<br />critères de stabilité et de précision sont exposés, ainsi que les manières de les<br />satisfaire ou de les contourner. Des effets indésirables de sur-précipitation amont ou de<br />concentration négative en aval des fronts de précipitation surviennent lorsque les<br />contrastes de solubilité sont importants.

Ce rapport est une synthèse de mon activité de recherche post-thèse au LG2M à Lorient. Les recherches exposées se situent dans le domaine de la rhéologie des matériaux cimentaires en phase plastique.<br /><br />Le malaxage en camion bétonnière, la pression sur les coffrages, l'étude de la structuration du matériau et enfin une modélisation théorique du comportement expérimental constituent l'ossature des travaux de recherche exposés dans ce rapport.<br /><br />Les méthodes expérimentales employées ont permis d'investiguer l'évolution de la rhéologie et de la maturation des matériaux cimentaires à travers l'observation de l'état de l'eau dans la matière. L'étude de l'évolution de la pression interstitielle et de la pression totale exercées par une colonne de matériau sur un coffrage, couplée à des expériences de rhéologie, de retrait endogène et de conductivité hydraulique nous a permis de tirer plusieurs enseignements :<br /><br />o Il est possible de mesurer correctement à l'aide d'une bétonnière portée (camion toupie) les caractéristiques rhéologiques d'un béton, en appliquant les principes de la rhéomètrie rotative.<br /><br />o Après malaxage et mise en œuvre dans un coffrage, la pression interstitielle et la pression totale des bétons sont égales jusqu'à annulation de la pression totale. Les contraintes effectives sont nulles sur cette phase. Une dépression interstitielle est ensuite observée. L'annulation de la pression interstitielle se produit à rupture des ponts capillaires.<br /><br />o Le processus physico-chimique d'hydratation du ciment est à l'origine de la chute de pression interstitielle y compris en zone dépressionnaire. La formation des produits d'hydratation induit ensuite l'annulation de la pression interstitielle.<br /><br />o Dans le cas des bétons, l'augmentation de la concentration granulaire induit une baisse de la pression maximale initiale, comparée à la pression hydrostatique, d'un fluide de masse volumique équivalente. C'est le résultat de la mobilisation des frottements aux parois des coffrages.<br /><br />o Le comportement des bétons en termes de cinétique de pression interstitielle est calqué sur celui des pâtes de ciment équivalentes tant que la pression totale est positive. Une influence granulaire sur la zone dépressionnaire due à la reprise d'une partie des contraintes par les granulats est en outre enregistrée.<br /><br />o La chute de pression interstitielle induit un accroissement de la contrainte seuil de cisaillement et du retrait, ainsi qu'une réduction de la conductivité hydraulique.<br /><br />o L'analyse des variations instantanées de pression interstitielle consécutives à un cisaillement à taux de déformation constante montre un comportement opposé suivant que le milieu est granulaire (sable dense saturé par exemple) ou analogue à un fluide visqueux (pâte de ciment par exemple). La dilatance induit une chute de pression interstitielle (cas des milieux granulaires). A l'opposé, un accroissement de pression interstitielle est observé lors du cisaillement de la pâte de ciment.<br /><br />o La modélisation de la variation de la pression interstitielle en phase plastique fondée sur l'adaptation et l'intégration d'une équation d'état de l'eau dans le matériau, a montré la prépondérance d'un terme source qui rend compte du changement de l'état de l'eau lors de la phase d'hydratation du ciment. Ce terme est identifié à une gaussienne dont les paramètres sont déterminés par analyse inverse. Les résultats de la simulation sont majoritairement très proches de ceux de l'expérimentation.<br /><br />Finalement, l'ensemble des résultats obtenus montre qu'à l'aide du seul capteur de pression interstitielle, il est possible de détecter précisément la structuration des matériaux cimentaires. A ce titre, une des applications possibles concerne la détermination d'une valeur discrète du temps de prise.<br /><br />Une conclusion incluant mon projet de recherches est enfin présentée.

Lors de cette étude, nous avons développé un code d'analyse rapide de l'écoulement méridien dans les turbomachines. Ce code est basé sur la résolution des équations dynamiques moyennées qui régissent l'écoulement interne stationnaire et non visqueux dans le repère relatif. On a utilisé une combinaison linaire des équations de quantité de mouvement selon les directions axiale et radiale pour éviter au terme source des équations de devenir singulier. Le modèle ainsi développé est particulièrement adapté au cas le plus général des machines de compression ; à savoir, les machines mixtes. On a développé également les équations permettant, à l'aide de l'hypothèse d'un nombre infini d'aubages et en supposant l'écoulement axisymétrique, de calculer à la fois les forces d'aubages et la cinématique simplifiée de l'écoulement aube à aube. Celle-ci prend en compte les données géométriques fournies par les constructeurs ou les logiciels de conception globale. Cette dernière démarche assure une liaison très efficace dans le cadre de l'avant-projet des turbomachines où, dans une première approche d'optimisation, la géométrie des pales est introduite de manière très simple. Les résultats obtenus semblent très cohérents en débit nominal mais également en débit partiel comme le montrent les comparaisons qualitatives avec des résultats d'essais.

Ce travail consiste à apporter une assistance à la conduite d'engins de manutention, en déchargeant le pilote du contrôle de l'organe terminal. Le système concerné est un engin de chantier équipé d'un bras poly-articulé actionné par des vérins hydrauliques. Le correcteur automatique d'assiette vise à maintenir quasi-constant l'angle de l'outil afin d'assurer le non-renversement de charges lors des phases de manutention. L'élaboration de la loi de commande du dernier vérin passe par une phase de modélisation multi-physique de l'engin, afin de prendre en compte ses spécificités mécaniques et hydrauliques, en particulier la non linéarité liée à la structure de l'embiellage de l'outil et la zone morte du servo-distributeur. Basés sur la seule utilisation de la mesure de l'inclinaison de l'outil, trois schémas de commande robustes ont été construits puis testés en simulation et sur engin : Retour d'Etat avec Observateur Etendu, Time delay Control, Sliding Mode Control. D'autre part, une stratégie originale consistant à contrôler l'angle du vecteur accélération de la charge, pour la maintenir plaquée sur l'outil, a également été examinée.

Cette étude porte sur la dynamique des centuriations d'origine romaine de la plaine centrale de Venise, limitée par la lagune et les Alpes d'une part, les fleuves Brenta et Piave de l'autre. Il s'agit d'évaluer la nature des interactions entre les morphologies agraires héritées de l'arpentage romain et les sociétés historiques, médiévales et modernes, qui intègrent, en le transformant, l'héritage Antique. La compréhension des contraintes environnementales et de l'organisation des ressources en eau est essentielle : elle justifie de l'importance d'une démarche qui prend en compte, dans le cadre d'un Système d'Information Géographique (SIG), à la fois l'étude de la morphologie agraire et l'analyse géomorphologique. Ce travail est structuré en trois points. Le premier prétend à un rappel historiographique mais aussi à une présentation des méthodologies utilisées pour l'étude géographique des formes du paysage vénitien. Le second aborde les plaines alluviales du Brenta et du Piave du point de vue géomorphologique puis sous l'angle de l'étude morphologique des centuriations romaines. Enfin, le troisième propose, sous la forme d'une synthèse, les principaux résultats qui ouvrent sur l'appréhension des dynamiques médiévales et modernes. Ces dernières soulignent que, en Vénétie, la centuriation est avant tout un objet résilient qui doit sa visibilité aux contextes environnementaux originaux de la plaine centrale, mais surtout à la nature des formes de gestion des ressources hydriques durant le Moyen Age et l'époque moderne.

Les déversements des eaux des réseaux unitaires dans le milieu naturel ont pour conséquences en période d'étiage des perturbations du régime hydraulique et une forte dégradation de la qualité des eaux du milieu naturel. Cette thèse étudie les relations entre les débits et charges déversées et la qualité des eaux du milieu naturel et a pour but de définir le modèle le mieux adapté pour l'étude de ces phénomènes. La zone d'étude est limitée à la Seine entre les barrages de Port-à-l'Anglais à l'amont de Paris et de Suresnes à l'aval de Paris soit un tronçon de 25 km. Les déversoirs d'orage considérés sont ceux de la ville de Paris intra-muros.

Lors de cette étude, nous avons développé un code d'analyse rapide de l'écoulement méridien dans les turbomachines. Ce code est basé sur la résolution des équations dynamiques moyennées qui régissent l'écoulement interne stationnaire et non visqueux dans le repère relatif. On a utilisé une combinaison linaire des équations de quantité de mouvement selon les directions axiale et radiale pour éviter au terme source des équations de devenir singulier. Le modèle ainsi développé est particulièrement adapté au cas le plus général des machines de compression; à savoir, les machines mixtes. On a développé également les équations permettant, à l'aide de l'hypothèse d'un nombre infini d'aubages et en supposant l'écoulement axisymétrique, de calculer à la fois les forces d'aubages et la cinématique simplifiée de l'écoulement aube à aube. Celle-ci prend en compte les données géométriques fournies par les constructeurs ou les logiciels de conception globale. Cette dernière démarche assure une liaison très efficace dans le cadre de l'avant-projet des turbomachines où, dans une première approche d'optimisation, la géométrie des pales est introduite de manière très simple. Les résultats obtenus semblent très cohérents en débit nominal mais également en débit partiel comme le montrent les comparaisons qualitatives avec des résultats d'essais.