Demand for energy is constantly growing both in the world and in Turkey. Sustainable development being an important concept, development of small hydro power projects has been popular in recent years. Eastern Black Sea Basin in Turkey has a lot of small hydro power potential because of high amount of precipitation and existence of steep slopes. Since the amount of river runoff is the only parameter that is variable in order to determine the power potential, it is vital to estimate the project discharge in ungauged basins accurately that have hydro power potential. Projects discharges of hydro-power plants in ungauged basins have been calculated using conventional methods up to now. This study aims to introduce a statistical model in linear and multi-variate form using the topographical and morphological parameters derived from GIS and hydro-meteorological variables to estimate the specific flow duration curves of potential small hydro-power locations for the selected study areas in Eastern Black Sea Region namely Solakli and Karadere basins. As well as developing an annual regression model using the annual values of hydro-meteorological parameters / seasonal regression model (spring season) has also been developed by including the mean seasonal (spring) air temperature variable instead of snow covered area (SCA) in addition to basin parameters. By studying the spring model, effect of different variables from the annual model were tested and discussed with some recommendations for the future studies.

Ce travail de thèse s'appuie sur l'utilisation du modèle couplé hydro-météorologique SAFRAN-ISBA-MODCOU.<br />D'abord, la modélisation couplée du bassin de la Seine est mise en place, en utilisant une représentation détaillée des aquifères du bassin. La capacité de SIM à simuler les différentes composantes des bilans d'eau et d'énergie, le comportement du souterrain, et donc les débits, est présentée. En particulier, SIM est évalué pour la simulation des crues lentes de la Seine à Paris.<br />Ensuite, une chaîne temps réel de prévision d'ensemble des débits sur la France, basée sur SIM, est construite, où ISBA et MODCOU sont forcés par les prévisions d'ensemble météorologiques du CEPMMT désagrégées. Une analyse statistique de la qualité des prévisions d'ensemble de précipitations désagrégées et des prévisions d'ensemble de débit est effectuée sur près d'un an de prévision. Enfin, une étude des prévisions d'ensemble de plusieurs cas de grandes crues du passé récent est présentée.

Ce travail est consacré à la modélisation du comportement hydro-mécanique de milieux poreux linéaires et non linéaires par approche micromécanique. Les modèles développés sont illustrés par une application en géomécanique avec la simulation du comportement d'argiles compactées.<br />La modélisation proposée s'appuie sur une approche itérative d'homogénéisation couplée aux schémas prédictifs linéaires des modules effectifs. Le comportement d'un milieu linéaire est tout d'abord obtenu par homogénéisations successives de milieux poreux intermédiaires formés par ajouts progressifs de faibles porosités. A convergence, le processus itératif conduit à un même comportement équivalent du milieu poreux quelque soit la méthode d'homogénéisation utilisée à chaque étape et quelque soit le taux de porosité du milieu. Ce résultat permet d'unifier les prédictions des schémas linéaires explicites de la littérature qui concordent habituellement seulement pour des faibles porosités. <br />Cette approche itérative d'homogénéisation est ensuite étendue à la prédiction du comportement non linéaire de milieux poreux en procédant à des linéarisations sécantes du comportement des squelettes. Les schémas prédictifs linéaires sont exploités pour homogénéiser le milieu poreux ainsi linéarisé par itérations successives. Le couplage du processus itératif conduit, comme en linéaire, à la construction d'une même réponse non linéaire homogénéisée quelque soit le taux de porosité et le schéma prédictif utilisé. Les performances du processus itératif d'homogénéisation sont illustrées à travers différents tests en élasticité linéaire, non linéaire et élastoplasticité. Des validations par confrontation à des modèles de la littérature sont menées. L'approche micromécanique itérative est également exploitée pour construire des surfaces d'écoulement plastique de milieux poreux.<br /> Enfin, la modélisation est appliquée à la simulation de comportement de milieux argileux compactés qui avaient fait l'objet d'une étude expérimentale détaillée aux deux échelles. Sous chargement de compaction oedométrique, les argiles présentent un comportement élastoplastique et lors de la décharge, le comportement observé est élastique. Des identifications des propriétés élastiques et élastoplastiques des squelettes sont tout d'abord effectuées par homogénéisation inverse. Puis, le comportement macroscopique des argiles est simulé par les approches itératives d'homogénéisation. Un enrichissement des modèles par l'actualisation de la porosité au cours du chargement permet de reproduire de fa»con satisfaisante le comportement expérimental.

Ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), vise à modéliser le fonctionnement hydrologique de la Haute Vallée de l'Ouémé (14400 km$²$) au Bénin. Il a pour but de réaliser une première estimation des bilans hydrologiques et de contribuer au développement d'outils capables de simuler les impacts climatiques et anthropiques sur la ressource en eau. Dans un premier temps, nous avons cherché à caractériser le fonctionnement hydrologique de la région, et à quantifier les principaux termes du bilan hydrologique à méso-échelle. Pour conceptualiser ces bassins versants, une démarche comparative a été adoptée, et deux modélisations parcimonieuses ont été mises en oeuvre: GR4J, structure empirique et générique, et TOPAMMA, formalisme dérivé de TOPMODEL et développé au cours de ce travail. Un cadre d'évaluation complet a été défini, permettant de juger les modèles en terme: (i) de performances, (ii) d'incertitudes associées à leurs prédictions ; (iii) de réalisme. Ainsi, bien que leurs performances pour simuler la relation pluie-débit soient comparables, ces modèles se distinguent lorsque les incertitudes sur les simulations et les autres composantes du cycle hydrologique sont considérées. La variabilité hydro-climatique observée dans la région au cours de 50 dernières années a également permis d'évaluer le pouvoir d'extrapolation des modèles et leur application dans des conditions non stationnaires. Nous nous sommes en particulier intéressés aux aspects méthodologiques de la détection de changements de la relation pluie-débit à partir des modèles hydrologiques. Enfin, une première estimation de la sensibilité de la réponse hydrologique au régime de mousson a été réalisée, à travers différents scénarios de forçage pluviométrique.

Better understanding and control of crack growth direction during hydraulic fracturing are essential for enhancing productivity of geothermal and petroleum reservoirs. Structural analysis of fracture propagation and impact on fluid flow is a challenging issue because of the complexity of rock properties and physical aspects of rock failure and fracture growth. Realistic interpretation of the complex interactions between rock deformation, fluid flow, heat transfer, and fracture propagation induced by fluid injection is important for fracture network design. In this work, numerical models are developed to simulate rock failure and hydraulic fracture propagation. The influences of rock deformation, fluid flow, and heat transfer on fracturing processes are studied using a coupled thermo-hydro-mechanical (THM) analysis. The models are used to simulate microscopic and macroscopic fracture behaviors of laboratory-scale uniaxial and triaxial experiments on rock using an elastic/brittle damage model considering a stochastic heterogeneity distribution. The constitutive modeling by the energy release rate-based damage evolution allows characterizing brittle rock failure and strength degradation. This approach is then used to simulate the sequential process of heterogeneous rock failures from the initiation of microcracks to the growth of macrocracks. The hydraulic fracturing path, especially for fractures emanating from inclined wellbores and closed natural fractures, often involves mixed mode fracture propagation. Especially, when the fracture is inclined in a 3D stress field, the propagation cannot be modeled using 2D fracture models. Hence, 2D/3D mixed-modes fracture growth from an initially embedded circular crack is studied using the damage mechanics approach implemented in a finite element method. As a practical problem, hydraulic fracturing stimulation often involves fluid pressure change caused by injected fracturing fluid, fluid leakoff, and fracture propagation with brittle rock behavior and stress heterogeneities. In this dissertation, hydraulic fracture propagation is simulated using a coupled fluid flow/diffusion and rock deformation analysis. Later THM analysis is also carried out. The hydraulic forces in extended fractures are solved using a lubrication equation. Using a new moving-boundary element partition methodology (EPM), fracture propagation through heterogeneous media is predicted simply and efficiently. The method allows coupling fluid flow and rock deformation, and fracture propagation using the lubrication equation to solve for the fluid pressure through newly propagating crack paths. Using the proposed model, the 2D/3D hydraulic fracturing simulations are performed to investigate the role of material and rock heterogeneity. Furthermore, in geothermal and petroleum reservoir design, engineers can take advantage of thermal fracturing that occurs when heat transfers between injected flow and the rock matrix to create reservoir permeability. These thermal stresses are calculated using coupled THM analysis and their influence on crack propagation during reservoir stimulation are investigated using damage mechanics and thermal loading algorithms for newly fractured surfaces.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le béton est un des matériaux les plus utilisés pour la réalisation de bâtiments et ouvrages de génie civil. En situation d'incendie, le béton peut présenter une instabilité thermique au-delà d'une certaine température. Les travaux de recherche dans le domaine permettent d'approfondir la connaissance du comportement du béton à haute température afin d'améliorer la sécurité des bâtiments et ouvrages.Le but de ce travail de recherche est d'étudier les transferts couplés de chaleur et de masse dans les bétons, en utilisant des éprouvettes de grandes dimensions. Cette étude porte sur un béton ordinaire (fc28= 37 MPa) et un béton à hautes performances (fc28=73 MPa). Des éprouvettes cylindriques de grandes dimensions (Ø60x60cm) sont confectionnées, conservées jusqu'à maturité du béton puis soumises à un cycle de chauffage-refroidissement de la température ambiante jusqu'à 600°C à une vitesse de chauffage de 0.1°C/min. Des mesures de température (en surface et à différentes profondeurs des éprouvettes), de pression et de perte de masse sont réalisées au cours du cycle de chauffage - refroidissement. Des mesures de propriétés physiques (masse volumique, perméabilité, conductivité thermique) sont aussi effectués sur des éprouvettes de petites dimensions (formes cylindrique Ø15x5 cm et prismatique 12x8x4 cm) à des températures de 80, 150, 300 et 450°C.Une analyse numérique est faite grâce à un modèle thermo-hydrique implanté dans le code CAST'3M afin de comparer les résultats expérimentaux et numériques.Cette étude a ainsi permis d'approfondir la connaissance des phénomènes couplés qui ont lieu au sein du béton lorsqu'il est porté à une température élevée et de mettre en évidence des résultats non observés sur des éprouvettes de petites dimensions.La comparaison des résultats expérimentaux et numériques a montré que le modèle numérique développé reproduit bien les transferts couplés de chaleur et de masse qui s'opèrent dans le béton lorsqu'il est chauffé de 20 à 600°C.

Traditionally, time series of wholesale electricity market spot prices have been modelled either by mimicking market operation and equilibrating demand and supply, or by specifying an exogenous process for prices. More recently, a number of hybrid models have been developed, combining the merits of both methods. In this vein, we present an econometric model for daily spot prices in the New Zealand Electricity Market (NZEM) that utilises reservoir management theory to incorporate information on the hydro storage level, a recognised driver of NZEM spot price behaviour. In order to forecast future storage levels and prices, we also construct a model for daily reservoir releases that can be used in conjunction with time series of inflows. This analysis reveals that releases in New Zealand are driven primarily by hydrological factors, as opposed to market conditions. The combined price and storage forecasting model can be applied in a variety of contexts, and offers an alternative perspective to the traditional models of NZEM behaviour. Finally, we calibrate a Cournot model of market behaviour in the National Electricity Market of Australia during daily peak, shoulder and off-peak periods, adding credibility to the future application of such models. The resulting model parameters are, in general, consistent with conventional wisdom. Spot prices from this market are then modelled by combining the output of the analytical model with a stochastic price process.

Le développement de structures portantes flexibles dans le domaine naval, telles que les hélices ou les safrans, pose de nouveaux problèmes de dimensionnement. Cette thèse a pour but de développer une méthode de dimensionnement validée par des essais pour des structures portantes déformables soumises à des écoulements, éventuellement diphasiques de type cavitant. Les essais sont réalisés sur un hydrofoil de type NACA66-312(mod.), fabriqué en polyacetate, au sein du tunnel hydrodynamique de l'Institut de Recherche de l'Ecole Navale. Lors des essais, des mesures de déformations du profil portant ainsi que de niveaux vibratoires sont réalisées. Une méthode numérique couplant un code structure éléments finis (ANSYS Mechanical) avec un code fluide volumes finis (ANSYS CFX) par une méthode partitionnée, itérative, synchrone et séquentielle, laquelle est validée en terme de prédiction du déplacement et des contraintes pour des écoulements subcavitants dans un premier temps, puis pour des écoulements cavitants stables et instables.

Le présent travail étudie le comportement des barrières ouvragées d'argile gonflante compactée proposées pour le stockage des déchets radioactifs en grande profondeur sous des sollicitations thermo-hydro-mécaniques. La bentonite MX80 a été choisie pour cette étude. Premièrement, une étude expérimentale sur la conductivité thermique de la bentonite compactée a été réalisée. Cette étude a mis en évidence l'effet de la masse volumique sèche, de la teneur en eau, de la fraction volumique des composants du sol, de la microstructure et de la minéralogie. Cette étude expérimentale a donné lieu à la proposition d'un modèle théorique pour estimer la conductivité thermique des bentonites compactées. Deuxièmement, après une étude sur l'étalonnage de la succion générée par solution saline saturée en fonction de la température, on a réalisé les essais de détermination de la courbe de rétention d'eau à différentes températures. Les résultats expérimentaux ont montré une réduction de la capacité de rétention d'eau du sol due à l'échauffement. Cet effet a été ensuite simulé par une modélisation simple basée sur la tension surfacique eau-air. Troisièmement, une nouvelle cellule isotrope permettant un contrôle simultané de succion, de température, et de contrainte mécanique a été développée. Avec cette cellule, une étude expérimentale sur le comportement thermo-mécanique de la bentonite compactée non-saturée a été réalisée. Finalement, un modèle a été proposé pour simuler les comportements thermo-hydro-mécaniques observés expérimentalement.