La microgéométrie de la surface de la chemise joue un rôle très important dans les pertes par frottement et dans la consommation de l’huile dans un moteur à combustion interne. Une des texturations classiques de cette surface est celle créée par pierrage. Elle se compose de plateaux plus ou moins lisses et de profondes stries croisées. L’´épaisseur du film d’huile est influencée fortement par cette texturation. Un modèle simplifié du contact segment chemise a été créé en la présence de la microgéométrie. Puis, un code de calcul basé sur la méthode numérique multigrille a été développé. Ce code a été utilisé pour des études paramétriques avec des jeux de paramètres très variés. Les calculs quantifient l’influence de cette microgéométrie particulière sur la relation film d’huile - portance. Les résultats mettent en évidence deux mécanismes distincts de génération de portance selon le type du segment. Le segment parabolique porte par son convergent et les stries ne font que diminuer cette portance. Inversement, le segment plat ne porte pas et ce sont les stries qui génèrent la portance. Deux modèles de prédiction ont finalement été déduits, un pour les segments paraboliques et un pour les segments plats. Ces deux prédictions ont ensuite été validées par des calculs sur des surfaces mesurées; / The liner microgeometry influences the friction losses and the oil consumption in IC engines. The cross-hatched texturing, created by the honing process, plays an essential part in the load carrying capacity - film thickness relation. This work studies the influence of the crosshatched groove parameters on the piston ring load carrying capacity. First, a simplified model of the hydrodynamic contact has been created. Thus a Multigrid based code was developed. Calculations with different sets of microgeometric parameters have been performed. These calculations quantify the load carrying capacity for both parabolic and flat rings. The results show that the load carrying capacity is generated differently in both cases. For the parabolic case, the pressure is build up by the wedge in the inlet zone and the grooves decrease the global load carrying capacity. In the flat case the grooves generate the total load carrying capacity. Finally, two prediction models were deduced for the parabolic ring and for the flat ring. These predictions were validated by measured surface calculations.

En raison de la tendance grandissante du downsizing, des hautes performances, des réductions de la consommation et des émissions des véhicules modernes, la turbocompression des moteurs thermiques s’avère de plus en plus innovante et technologique. Leader dans ce domaine, Honeywell Turbo Technologies s’intéresse à deux axes de recherche majeurs des systèmes lubrifiés. Un délai temporel est couramment observé entre l’appui sur la pédale d’accélérateur et l’augmentation de la pression de l’air ambiant du côté de la roue compresseur. Il s’agit du décalage turbo ou turbo lag. Celui-ci a pour origine principale l’existence d’un couple de frottement parasite au sein de la butée. En ce qu’il pénalise les performances du turbo et limite le confort de conduite, la réduction du turbo lag constitue un enjeu majeur de l’industrie des turbocompresseurs automobiles. En tant que phénomène présent à chaque instant du fonctionnement du véhicule, les pulsations moteurs constituent également un axe de recherche primordial. Celles-ci proviennent des ouvertures et fermetures successives des soupapes des cylindres et résultent en d’importantes variations de la charge axiale appliquée à la butée du turbocompresseur. Or le dimensionnement actuel de la butée se basant sur l’étude stationnaire des cas critiques de la vie réelle du moteur, l’influence de ces pulsations sur le comportement de la butée doit être déterminée. Ce manuscrit présente une modélisation thermohydrodynamique du contact de la butée appliquée au cas des turbocompresseurs. Une équation de Reynolds modifiée est établie et intègre le modèle Modifié de Phan-Thien et Tanner. Elle relie les caractéristiques rhéologiques des huiles de moteurs actuelles au comportement macro-moléculaire des additifs à longues chaînes de polymères qu’elles contiennent. La nécessité de considérer les effets inertiels du fluide ainsi que la recirculation inter-patin est démontrée. L’influence de l’élasticité du lubrifiant sur la dissipation d’énergie au sein du contact est analysée numériquement. Il est montré qu’un compromis sur l’élasticité du lubrifiant peut mener à une réduction du turbo lag. De plus, un banc d’essai est développé en régime transitoire afin de mettre en évidence l’influence des pulsations moteurs sur les performances de la butée. Les résultats obtenus expérimentalement corroborent les effets dynamiques observés par les prédictions numériques. / With increasing focus on downsizing, high performances, low fuel consumption and emission reduction of modern vehicles, turbochargers of combustion engines have become more and more innovative and technological. Leader in this field, Honeywell Turbo Technologies is interested in two major lines of research regarding lubricated contacts. A delay in response time is frequently observed between the gas pedal push and the pressure rise of ambient air at the compressor wheel. It is called turbo lag. This phenomenon is mainly induced by a parasitic frictional torque existing in the thrust bearing contact. Penalizing turbochargers performances and drivability, the reduction of turbo lag constitutes a major concern for the automotive turbocharger industry. As an event constantly occurring on working engines, exhaust gas pulsations represent an essential line of research. Due to successive openings and closings of engine valves, these pulsations result in significant axial load variations applied to the turbocharger thrust bearing. Current sizing of thrust bearing design resting on steady state studies of critical on-engine cases, the influence of exhaust gas pulsations on the thrust bearing behavior needs to be determined. This thesis presents a thermohydrodynamic model of the thrust bearing contact applied to turbochargers. A Modified Reynolds equation is established and uses the Modified Phan-Thien and Tanner model. It connects rheological characteristics of current engine oils to the behavior of long polymeric chain additives they contain. The necessity for fluid inertia and oil recirculation to be considered is demonstrated. The influence of oil elasticity on energy dissipation within the contact is numerically analyzed. A compromise on the extent of oil elasticity can lead to a turbo lag reduction. In addition, a thrust bearing rig is developed to highlight the influence of exhaust gas pulsations on thrust bearing performances. Experimental results support dynamic effects predicted by simulations.

Les Pertuis Charentais sont un site d’écosystèmes interconnectés où les courants marins jouent un rôle déterminant. Un modèle de marée à haute résolution a été développé au cours de cette thèse pour comprendre et cartographier les traits principaux de la circulation hydrodynamique dans les Pertuis. Deux axes sont ainsi mis en avant dans cette étude. D’abord, un nouveau modèle de marées dans les Pertuis Charentais a été construit et validé à partir de différentes sources : données marégraphiques, données de courantomètres ADCP et images satellitaires. Une nouvelle approche de calibration de modèle de marée a été développée, basée sur la comparaison de la position de la ligne d’eau, frontière entre l’eau et la terre, avec celle prédite par le modèle. Puis dans un second temps, le transport et les agrégations en « bloom » de populations de méduses Rhizostoma, dont les proliférations et les échouages sont à l’origine de problèmes socio-économiques, ont été simulés numériquement. Des observations in situ ont permis de paramétrer le comportement de nage des méduses dans le modèle. Deux types de comportements des méduses, actif et passif ont été simulés. Les courants de marées en présence des forçages-type météorologiques ont été pris en compte. Les résultats indiquent que le comportement individuel de nage des méduses pourrait être une réponse adaptative aux facteurs abiotiques qui menacent la continuité de leur espèce mais que les courants marins restent la cause première de la formation des blooms. / The Pertuis Charentais are an interconnected ecosystems site where ocean currents play a key role. A high resolution tidal model was developed in this thesis in order to understand the main features of the hydrodynamic flows inside the Pertuis. Two topics were put forward in this study. First, a new tide model for the Pertuis Charentais was build up and validated by using different datasets: tide gauge records, measurements of currents by ADCP and satellite images. A new approach to model calibration was developed by comparing the observed position of the waterline, the boundary between land and water, with that predicted by the model. Secondly, the transport and bloom-like aggregation of the Rhizostoma jellyfish populations were simulated numerically. The jellyfish proliferation and stranding are a source of socio-economic problems. Two types of jellyfish behavior, active and passive were simulated. The tidal currents and typical meteorological forcing were taken into account. The results show that the individual behavior of swimming jellyfish is an adaptive response to abiotic factors for jellyfish survival.

La compréhension et la modélisation d'un contact lubrifié en présence de texturation nécessitent une description physique très fine pour comprendre les analyses contradictoires et pour expliquer les résultats très différents en termes de performance présentes dans la littérature internationale. De nombreuses études théoriques et expérimentales ont montré que la texturation des surfaces pourrait améliorer les caractéristiques tribologiques des contacts. La capacité de charge, le coefficient de frottement et la résistance à l'usure sont les principales caractéristiques susceptibles d'être améliorées. La texturation de surface fait appel à de nombreux paramètres géométriques, qui peuvent agir de façon très différente selon le contact. Enfin, les phénomènes supposés expliquer l'apport de la texturation ne font pas l'unanimité dans la communauté scientifique. Ainsi, les différentes contradictions font que ce domaine de recherche est en pleine évolution.Dans ce contexte scientifique, l'objectif principal de cette thèse est de conduire, à travers une étude théorique et numérique approfondie, vers une meilleure compréhension des effets induits par la texturation dans un contact lubrifié. Les paramètres géométriques, essentiels par rapport aux phénomènes physiques générés, font l'objet d'une analyse étendue. Les éléments théoriques obtenus à travers cette étude permettront une optimisation opérationnelle de tous types de dispositifs fonctionnant dans un milieu lubrifié. Parmi ces nombreuses applications, la butée en régime hydrodynamique a été choisie afin d'illustrer la pertinence des résultats de nos recherches. / Understanding and modeling a lubricated contact in the presence of surface textures requires a refined physical description in order to comprehend and explain the contradicting results that are currently presented in international literature. An increasing number of theoretical and experimental studies have shown that surface texturing could improve the tribological properties of lubricated or even dry contacts. The load-carrying capacity, the friction coefficient or the wear resistance are the main characteristics that can be improved through texturing. Nevertheless, the lubrication mechanisms that might explain these effects are still the subject of debate within the scientific community. These various contradictions have lead to a significant development of this particular field of research. In this scientific context, the main objective of this thesis is to lead, by means of a thorough numerical and theoretical analysis, towards a better understanding of the physical effects induced by surface texturing in lubricated contacts. The geometrical parameters, which are essential with regard to the generated effects, are submitted to a detailed investigation that also takes into account the influence of the operating conditions (surface speed, viscosity, ambient pressure etc.). The theoretical conclusions obtained throughout this investigation should lead to an improvement in texture design and should allow an optimization of most devices operating in lubricated conditions. Among these various applications, the hydrodynamic thrust bearing has been chosen in order to illustrate the relevance of our findings.

Lorsqu’un matériau solide est soumis à un chargement dynamique (par l’impact d’un projectile, la détonation d’un explosif ou l’irradiation par un laser intense), il se forme une onde de choc, qui se propage dans le matériau depuis la surface chargée. Si cette onde débouche sur une surface libre comportant des défauts géométriques tels que des rugosités, des rayures ou des cavités, son interaction avec ces défauts conduit à l’éjection, sous forme de jets de matière, de débris dont la taille caractéristique est de l’ordre du micromètre et dont la vitesse est typiquement de quelques km/s. La maîtrise de ce processus, appelé microjetting ou micro-éjection, est essentielle pour de nombreuses applications (conception de blindage, découpe pyrotechnique, usinage à très haute vitesse, expériences de Fusion par Confinement Inertiel…). Dans le cadre de cette thèse, menée en collaboration avec le centre CEA de Bruyères-le-Châtel, ce phénomène est étudié dans quatre métaux (Aluminium, Etain, Cuivre et Plomb) à partir de rainures calibrées de deux types : triangulaires isolées de demi-angles d’ouverture contrôlés (20°, 30° et 45°) ou sinusoïdales périodiques. Les influences du matériau, de la forme et de l’ouverture des défauts, de la pression de choc et de l’état du milieu (solide ou fondu sous choc ou en détente) sur les propriétés balistiques des éjectas (vitesses de jet, distribution en taille et densité surfacique des débris constituant les jets) sont évaluées via trois approches complémentaires : expérimentale, théorique et numérique.L’étude expérimentale comporte plusieurs campagnes de chocs laser, effectuées sur l’installation LULI2000 du Laboratoire pour l’Utilisation des Lasers Intenses (Ecole Polytechnique, Palaiseau), avec plusieurs techniques de diagnostic : Ombroscopie Transverse, Vélocimétrie Hétérodyne, radiographie X rapide in-situ, récupération d’éjectas dans des gels (analysés ensuite en microtomographie). Les résultats sont confrontés à des prédictions théoriques (hydrodynamique des chocs obliques et des charges creuses pour les rainures triangulaires, instabilités de Richtmyer-Meshkov pour les rainures sinusoïdales). Enfin, les simulations numériques réalisées avec le code Radioss utilisent deux approches complémentaires : les Eléments Finis Lagrangiens et la formulation SPH (Smoothed Particles Hydrodynamics), encore très peu appliquée au microjetting, plus empirique que la première mais mieux adaptée aux grandes déformations dans les jets et permettant d’accéder à des distributions de tailles de fragments / When a dense material is subjected to a dynamic load (such as projectile impact, explosive detonation or irradiation by a high energy laser beam), a shock wave propagates from the loaded surface. If this shock wave interacts with a free surface with geometrical defects such as grooves, scratches or cavities, it can lead to the ejection of micrometric debris with typical velocities of a few km/s. Understanding this microjetting process is a key issue for many applications, including shielding design, pyrotechnics, high-speed machining and Inertial Confinement Fusion experiments.In this work in collaboration with the CEA-DIF at Bruyères-le-Châtel, this phenomenon is studied under laser-driven shock loading in four materials (Aluminum, Tin, Copper and Lead) with calibrated grooves of two types: isolated triangular profile with controlled aperture half-angles (20°, 30° and 45°) or periodic sinusoidal shape. The influences of the material, of the geometry of the defects, of the shock pressure and of the state of matter (solid or melted under shock or release wave) on the ballistic properties of the ejecta (jet velocity, size distribution and areal mass of the debris constituting the jet) are investigated with three complementary approaches: experimental, theoretical and numerical.The experimental study involves several campaigns performed at the LULI2000 facility of the Laboratoire pour l’Utilisation des Lasers Intenses (Ecole Polytechnique, Palaiseau) and complementary diagnostic techniques: Transverse Shadowgraphy, Heterodyne Velocimetry, fast in situ X-ray radiography, recovery of the ejecta in a gel followed by microtomography. The results are compared with theoretical predictions (2D shocks and shaped charges hydrodynamics for the triangular grooves, Richtmyer-Meshkov Instabilities for the sinusoidal grooves). Then, numerical simulations are performed with the Radioss code with two complementary approaches: the Lagrangian Finite Elements and the SPH (Smoothed Particles Hydrodynamics) formulation, still very scarcely applied to microjetting, more empirical than the first approach but more suitable to the high strains in the jets and allowing access to size distributions of the debris.

In our everyday life, turbulence is an omnipresent phenomenon and yet remains poorly understood. Its random and chaotic nature makes it a subject almost impossible to treat from the mathematical point of view and, at present, there<p>is no real prospect of a simple analytic theory. Scientists have therefore regarded the numerical simulation as an alternative to compute the relevant properties of turbulent flows. In this context, our thesis aims at developing and using accurate computational methods, namely pseudo-spectral methods, for studying hydrodynamic (1st part) and magnetohydrodynamic (2nd part) turbulence.<p><p>In the hydrodynamic part, Chapter I introduces the governing equations of fluid mechanics as well as the main issues related to the numerical study of turbulent flows. In particular, the Direct Numerical Simulations (DNS) of turbulence, in which accurate numerical solutions of the Navier-Stokes equations are obtained, are shown to be limited to moderately turbulent flows.<p>Chapter II introduces the Large Eddy Simulation (LES) technique which aims at simulating highly turbulent flows and which is based on a separation of scales.<p>In practice, it consists of simulating the large - resolved - scales of the flow explicitly while modelling the small - unresolved - scales. Two different approaches for modelling the kinetic energy of the unresolved scales are proposed and their respective advantages and drawbacks are discussed.<p>Chapter III is devoted the study of the mixing-layer using both DNS and LES. It consists of an inhomogeneous turbulent flow which has been studied experimentally and for which well-documented measurements are available. A highly accurate DNS mimicking the same experiment has been produced. It allows to study the inhomogeneity and anisotropy properties of this flow. Also, LES of the same flow, using different models, have been evaluated. In Chapter IV, we explore a pseudo-spectral method to investigate turbulence in a pipe. In this case, the method has to take into account two additional difficulties: i) the presence of the boundary and ii) the axis singularity. We detail how to circumvent these issues.<p><p>The second part of the thesis is devoted to magnetohydrodynamic (MHD) turbulence. It concerns phenomena where electrically conducting flows interact with electromagnetism and for which governing equations are derived in Chapter V. In Chapter VI, a detailed analysis of the energy transfers between the magnetic and velocity fields is performed thanks to a high resolution database of homogeneous MHD turbulence. It provides some insights to understand the physics of the nonlinear interactions and is also a valuable diagnostic in the framework of LES modelling. Finally, the inhomogeneous configuration studied in Chapter III has been extended to MHD. Several statistics related to the kinetic and magnetic energies are measured and LES of this flow are performed and presented in Chapter VII. / Doctorat en sciences, Spécialisation physique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’ablation laser dans l’air à la pression atmosphérique est souvent appliquée dans l’industrie, l’analyse chimique, la chirurgie, … Pour un développement plus approfondi des technologies laser basées sur l’effet d’ablation, il est nécessaire de mieux comprendre les phénomènes à l’origine de l’interaction laser-matière. Lors d’un impact du faisceau laser sur la surface d’un matériau, une plume plasma se forme au dessus de la cible. Ce plasma contient des électrons, des atomes et des ions du matériau évaporé, ainsi que du gaz ambiant, s’il est présent. Lors de l’impulsion laser, cette plume absorbe une grande partie d’énergie du faisceau laser, réduisant ainsi la quantité du rayonnement laser qui arrive à la surface de la cible. Les dimensions, ainsi que les paramètres de cette plume plasma évoluent très rapidement avec le temps. L’étude de la dynamique et des paramètres de cette plume est très importante, parce qu’ils influent sur tous les processus physiques ayant lieu à la surface du matériau traité. Nous avons étudié l’expansion de la plume plasma formée lors de l’ablation des échantillons métalliques (Al, Ti, Fe) par faisceau laser Nd :YAG nanoseconde (durée d’impulsion : 5.1 ns, longueur d’onde : 1064 nm, irradiance de l’ordre de grandeur de GW/cm2) dans l’air à la pression atmosphérique en utilisant la technique d’imagerie rapide. Cette technique nous a permis d’observer l’évolution spatio-temporelle de la plume au début de son expansion. Les résultats obtenus indiquent que la plume d’ablation laser a une structure : deux régions ont été distinguées – le cœur et la périphérie de la plume. La dynamique de ces deux régions de la plume a été étudiée et les vitesses de leur expansion ont été déterminées. En plus, nous avons examiné l’influence de l’irradiance laser, ainsi que l’influence de la composition de la cible sur la dynamique de la plume. D’autre part, nous avons développé des modèles numériques sous COMSOL Multiphysics pour simuler le processus d’ablation laser. Un modèle thermique a été utilisé pour simuler l’interaction laser – cible. Les résultats de ce modèle ont été employés comme conditions à la limite du modèle hydrodynamique, utilisé pour simuler l’expansion de la plume du plasma dans l’air ambiant. Deux approches ont été proposées : approche microscopique et macroscopique. Les résultats de simulation basée sur l’approche macroscopique donnent l’évolution temporelle et distribution spatiale (1D) des paramètres de la plume : masse volumique, vitesse, pression. / Laser ablation in the air at atmospheric pressure is nowadays frequently applied in industry, chemical analysis, surgery… For a further development of laser ablation based technologies, it is necessary to better understand the laser – matter interaction. During the impact of a laser pulse on the surface of the treated material, a plasma plume forms above the target surface. This plume contains particles (electrons, ions, atoms) of ablated matter, as well as of ambient gas, if present. During the laser pulse, this plume absorbs a large amount of the laser beam energy, thus reducing the quantity of the laser radiation arriving to the target surface. Dimensions, as well as parameters of this plasma plume evolve very quickly in time. Study of the plasma plume’s dynamics and parameters is very important, since they influence all the physical processes occurring at the surface of the treated material. In this work, we have investigated the expansion of the plasma plume formed during the laser ablation of metallic targets (Al, Ti, Fe) by a Nd:YAG laser beam (wavelength 1064 nm, pulse duration 5.1 ns and irradiance of the order of GW/cm2) in the air at atmospheric pressure using fast imaging technique. The obtained results show that laser ablation plume has a certain structure: two regions have been distinguished – the core and the periphery of the plume. Dynamics of these two plume regions has been studied and expansion velocities have been determined. In addition, we have examined the influence of the laser irradiance, as well as of the target composition on the plume dynamics. On the other hand, we have developed numerical models in COMSOL Multiphysics in order to simulate laser ablation process. A thermal model has been used to simulate the laser – target interaction. The results obtained from this model have been employed as boundary conditions in the hydrodynamic model, used to simulate plasma plume expansion in the ambient air. Two approaches have been proposed: microscopic and macroscopic approach. The results obtained by the simulation based on macroscopic approach give temporal evolution and spatial distribution (1D) of plume parameters: density, velocity and pressure.

L’Atlas saharien sud oranais où les Monts des Ksour forment une région montagneuse constituée de chaînonsallongés or ientés SO–NE. Les dépressions crétacées sont représentées par des synclinaux à fond plat surplombés par desanticlinaux pr incipalement jurassiques. Les formations gréseuses crétacées appelées « Continental Intercalaire » de la régiond’Aïn Séfra renferment une impor tante ressource en eau destinée à l’alimentation en eau potable et à l’ir r igation. L’étudehydrogéologique et l’identi fication des aquifères de la région montrent l’impor tante interconnexion ent re l’aquifère jurassiqueet le CI. La recharge naturelle des aquifères sous un climat semi-aride est le terme du bilan hydrique le plus délicat àdéterminer . La méthodologie proposée est une approche par interpolations spatiales et temporelles des données deprécipitations journalières et de températures moyennes mensuelles mesurées à une station, durant trois années repères(sèche, moyenne, humide). Elle est très « pratique » dans des r égions où les données climatiques sont limi tées et discontinuesdans l’espace et dans le temps. Son application nécessite des connaissances sur la nature du sol, la surface et l’altitude desimpluviums. Cette étude nous a permis d’estimer , à par t ir des gradients pluviométr ique et thermique, la lame d’eau tombéesur les affleurements jurassiques à une altitude moyenne de 1600 m, et les valeurs de l’évapotranspiration dans tout le bassinétudié. La pluie efficace calculée, et le débit d’alimentation de l’aquifère, par son impluvium calcaréo-gréseux en altitude etgréseux dans les dépressions, montrent que l’aquifère du Continental Intercalaire est alimenté pr incipalement par lesaffleurements du Jurassique surplombant les dépressions gréseuses, durant les années pluvieuses où les précipitationsdépassent 300 mm par an. Les caractér istiques chimiques des eaux ont fait l’objet de différentes analyses statistiques afin detenter d’expliquer l’or igine d’une minéralisation assez élevée (ent re 2000 et 4000 mg/ l). Dans une première approche,l’emploi de l’analyse en composantes pr incipales (ACP) met en évidence trois fami lles d’eau cor respondant aux t rois niveauxaquifères exploités. Dans une seconde étape, l’analyse factor ielle discr iminante croisée (AFD) caractér ise l’impor tance et ladominance des paramètres responsables de cette minéralisation, en relation avec le cadre géostructural du systèmehydrogéologique des gouttières synclinales d’Aïn Séfra ; les contacts anormaux entre les formations gréseuses du ContinentalIntercalaire et les structures diapir iques argilo-gypso-salines du Tr ias forment les pr incipales zones de contamination. Aprèsavoi r estimé la recharge efficace (qui var ie entre 0 pour une année sèche et 684 mm/ an une année humide) et identi fié lesécoulements souter rains et pour prévoir le compor tement hydrodynamique des gouttières synclinales d’Aïn Séfra, i l estpr imordial de réaliser un modèle mathématique. Nous n’avons pu réaliser que le modèle de l’unité hydrogéologique de GaretEl Kheil, vu l’indisponibilité des données sur les deux aut res unités (El Hanjir -Aïn Séfra, Aïn Séfra-Tiout). Nous avons choisi uncalcul par différences finies à l’aide d’un code simple et pratique « ASMWIN ». Afin de déterminer l’impact du changementclimatique et la surexploitation, deux scénarios d’exploitation ont été proposés : une recharge réduite de moitié (-50% : 810 6m3/ an au lieu de 16 10 6) et un débit d’exploitation doublé (+100% : 2.72 106m3/ an au lieu de 1.36 10 6). Ils nous ontrévélé que la nappe est plus vulnérable aux changements climatiques qu’à la surexploitation, ce qui nous a permis de déduireque la nappe est encore en sous-exploitée. / The Saharan Atlas Mountains, South of Oran includes the ‘Ksour Ridge’, a mountainous region compr ising SW-NEranges. Cretaceous depressions are represented by flat-bottomed synclines overhung by anticlines, mainly Jurassic. Thesandstone formations, so-called Continental Intercalary, of the Ain Sefra region contain an unconfined significant waterresource for dr inking water and ir r igation. The hydrogeological study and identification of aquifers prove the impor tantinterconnection between the Continental Intercalary and the Jurassic aquifers. In a recharge area character ized by a semiaridor an arid climate, therefore a low annual rainfall, effective rainfall is the hardiest item to estimate, as it was demonstrated byclassical monthly hydrological balance computations. The methodology proposed in this work relies on spatial and temporalinterpolations of scarce climatic data. This methodology can be used to determine the recharge flow to aquifers of these zones.The Ain Sefra’s syncline includes the sandstone aquifers of Continental Intercalary and of the Plio-Quaternary layers. Threeyears, with contrasting annual rainfalls, are chosen in this application: 1983 as dry year , 2006 as average year , and 2008 ashumid one. This application requires information about the soil nature, thickness and porosity, the sur face and the altitude ofthe recharge areas. The rainfall and the recharge flow to aquifers indicate that the pr incipal recharge areas are the Jurassicoutcrops, mainly dur ing the humid years, when the annual rainfall exceeds 300 mm. The chemical character istics of waterhave been submitted to different statistical analyses. As a fi rst approach, a pr incipal component analysis (PCA) displayed threeclusters of water cor responding to the three aquifer layers which are exploited. Discr iminant factor analysis (DFA) was usedto character ize the impor tance and to rank the parameters responsible for this high mineralization (between 2000 and 4000mg/ l), namely: system character istics (lithology), structural geology (fault and Tr iassic diapirs). After estimating the effectiverecharge (ranging between 0 for a dry year, and 684 mm/ year for a humid one) and identifying groundwater flow, and inorder to predict the hydrodynamic behavior of Ain Sefra’s syncline, it is essential to implement a mathematical model. Wewere only able to establish the model of the Garet El Kheil hydrogeological unit, given the data unavailability on the other twounits (El Hanjir -Ain Sefra, Ain Sefra-Tiout). We chose a finite difference method in permanent mode to improve knowledge ofthe hydraulic character istics of aquifer , and to evaluate a complete hydrological balance, using the simple and convenient"ASMWIN" code. Exploitation of the model made it possible to determine the impact of the pumped yields, and the weathertrends on the piezometr ic evolution of the aquifer . Two operating scenar ios have been proposed: halving recharge (-50%: 810 6 m 3 / year instead of 16 10 6) and doubling the well’s yield (+100 %: 2.72 10 6 m 3 / year , instead of 1.36 10 6). Weconclude that the groundwater resource is more vulnerable to the climate change than intensive use of aquifers, meaning thatthe aqui fer is underexploited at present.

En Tunisie, les problèmes des inondations et du transport sédimentaire se posent de façon critique, en particulier au niveau du bassin versant de la Medjerda. En effet, depuis la mise en service du barrage de Sidi Salem (1981) sur le bassin de la Medjerda, des modifications du régime d’écoulement en aval sont apparues sous la forme d’une diminution de la débitance. Cette diminution a eu pour conséquence d’abaisser la capacité de l’Oued à transporter les sédiments et de favoriser leur dépôt. Ceci a provoqué un engraissement du lit, et par conséquent, une occurrence accrue des inondations. Le recours à la modélisation numérique s’avère nécessaire pour mieux comprendre ce risque. Une première partie de ce travail se rapporte à une étude expérimentale menée au niveau d’une installation expérimentale de l’Institut National Agronomique de Tunisie (INAT). L’objectif est de visualiser l’évolution morphologique du fond d’un canal constitué de sable fin sous l’effet d’un écoulement permanent à faible pente. Des simulations numériques ont été effectuées avec différentes lois de transport solide par charriage sur des données expérimentales. L’objectif est de vérifier l’applicabilité de ces lois pour la prédiction de la capacité du transport solide par charriage. Des tests de l’effet du diamètre des matériaux sur la variation du taux de sédiments transportés ont été réalisés. Enfin, des simulations avec différentes formules disponibles sous SISYPHE couplé avec TELEMAC 2D ont été effectuées, pour prédire l’évolution de la couche de sable fin dans le canal. Dans une seconde partie, des simulations de la Medjerda avec des modèles hydrauliques 1D et 2D ont été réalisées. Ces simulations ont concerné les crues récentes pour lesquelles des données sont disponibles, en particulier la crue spectaculaire de janvier 2003, et la crue la plus récente survenue en février 2012. Dans un premier temps, des simulations numériques 1D ont été réalisées via les deux logiciels MIKE 11 et HEC RAS afin de contrôler le comportement de la ligne d’eau lors de ces crues. Dans un second temps, des modélisations hydrauliques bidimensionnelles 2D via le code TELEMAC 2D ont été effectuées ; le but était de déterminer l’étendue de la crue et d’identifier les zones sensibles à l’inondation. La dernière partie de ce travail porte sur l’étude du transport sédimentaire au niveau de la Medjerda. Dans un premier temps, une modélisation unidimensionnelle (1D) du transport solide total lors de la crue de 2003 le long de la moyenne vallée de la Medjerda. Une analyse de l’influence des quantités de matériaux transportés lors des crues sur l’évolution géomorphologique de la Medjerda a été faite. Dans un second temps, une modélisation bidimensionnelle (2D) du transport solide a été réalisée en utilisant SISYPHE couplé avec TELEMAC 2D. Enfin, une nouvelle approche de calcul du transport sédimentaire par charriage, basée sur le modèle d’érosion-déposition de Charru, (2006) a été testée. À l’issue de ce travail, une étude comparative entre les différents résultats obtenus, pour vérifier la validité de ces approches pour le cas de la Medjerda, a été effectuée. / In Tunisia, the problem of floods and sediment transport is critically arising, especially in the Medjerda watershed. Since the construction of Sidi Salem dam, there is a remarkable morphological change, especially on the downstream side. We note a gradual enhancement of the river bed in the downstream direction and therefore, increased occurrence of floods. So, the use of numerical modeling is needed to better understand this risk. An experimental study carried out in a rectangular inclinable flume at the National Institute of Agronomy of Tunisia (INAT). The aim is to visualize the morphological evolution of the channel bottom consisting of fine sand under permanent flow. In the first part, a comparative analysis was conducted between bed load transport rates models with experimental data, in order to test and validate the new bed load model proposed by Lajeunesse et al. (2010), then to check the grain size effect on the sediment transport capacity. After that, we are interested in the study of the morphological evolution in rivers. It was performed through numerical modeling using SISYPHE coupled with TELEMAC 2D. The aim is to analyze the morphological changes in the channel bottom. In the second part, several simulations have been conducted between 1D and 2D hydraulic models. These simulations concerned the recent floods for which data are available, especially the flood in January 2003 and the latest floods occurred in February 2012. Initially, a 1D hydraulic model using the MIKE 11 and HEC RAS software was performed in order to control the behavior of the water line profile during these floods. Secondly, a twodimensional hydraulic model was conducted using the code TELEMAC 2D in order to determine flood extent and to identify flood sensitive areas. The last part of this work will focus on the study of sediment transport at the Medjerda. Initially, we conducted a one-dimensional modeling (1D) of the total sediment transport along the middle valley of the Medjerda river. An analysis of the influence of the amounts of the materials transported by the Medjerda during flood was performed to determine their effects on the river morphological evolution. Secondly, a two-dimensional modeling was performed (2D) of sediment transport using the code SISYPHE coupled with TELEMAC 2D was also performed. We became interested in the study of sediment transport by thrusting only, to see the effect of this transport mode to the morphological evolution. In addition, we opted for a new approach to calculation of bed load sediment transport model based on the erosion -deposition Charru (2006). At the end of this work, a comparative study between the different results to see the validity of this new approach to the case of Medjerda was considered.

Les courants de turbidité dans les canyons sous-marins contribuent largement au transfert sédimentaire à travers des marges continentales. L’étude géologique des canyons sous-marins et des systèmes turbiditiques associés a permis des avancées fondamentales dans la compréhension de l’évolution des courants de turbidité.Ces études sont cependant limitées à des interprétations a posteriori, basées sur la répartition des dépôts et des évidences morphologiques. Cette thèse vise à l’application de la modélisation numérique des courants de turbidité, sur la base des processus physiques, à deux canyons sous-marins de la côte Méditerranée Occidentale.Des courants de turbidité liés au chalutage de fond sont modélisés dans le canyon de La Fonera. Les résultats du modèle permettent de spatialiser ce transport; ainsi le modèle peut être un point de départ pour l’identification de zones de pêche au chalut avec un moindre impact. L’absence d’un plateau continental au niveau de Nice a permis une alimentation continue du système turbiditique du Var indépendamment des variations du niveau marin. Ainsi ce système s’avère un laboratoire naturel pour l’étude du contrôle climatique sur l’activité turbiditique. L’influence des forces de Coriolis dans l’évolution spatiale des courants de turbidité et dans la construction de la Ride sédimentaire du Var est modélisée et mise en évidence pour la première fois.La modélisation numérique des courants de turbidité ne peut pas fournir à présent des résultats de qualité prédictive du fait de la quantité limitée d’information disponible pour établir les conditions initiales de l’écoulement qui impactent largement son évolution et dépôts. Malgré ce fait, la modélisation numérique permet d’élargir les interprétations du fonctionnement sédimentaire des canyons étudiés, d’identifier les chemins empruntés par les écoulements et leur dépôt final et de mieux préparer des cibles (mouillages et carottage) lors des campagnes à la mer. / Turbidity currents in submarine canyons are the main contribution for sediment transfer across the continental margins. Geological studies of submarine canyons and associated turbiditic systems for more than 30 years led to an extraordinary breakthrough in the understanding of how turbidite systems evolve. However, these studies remain limited to a posteriori interpretations, based on the distribution of deposits and morphological evidences. The overarching aim of this thesis is to apply a 2DH process-based model to simulate large-scale turbidity currents on two different submarine canyons in the western Mediterranean coast.The work in La Fonera canyon, in the Catalan margin, focuses on the modelling of sediment transport and accumulation resulting from trawling activities on the canyon flanks. The numerical process-based provides a 3D visualization of potential trawling impacts on sediment dynamics. The study represents a starting point for the assessment of the sedimentary impact of bottom trawling in deep continental margins. The present work can help in the identification of trawling areas with lesser impacts. The Var Sedimentary System, located in the vicinity of Nice (France), is connected to the Var River during both low and high-stands and it can be considered as a natural laboratory for the study of the climatic control on the turbiditic activity. The influence of Coriolis forces on the spatial evolution of the hyperpycnal flows and hence in the construction of the Var Sedimentary Ridge (VSR) is evidenced and supported for the first time.The major drawback is the limited amount of information for the necessary initial and boundary conditions; hence modelling results might not be of predictive quality. However, modelling results provide a full-scale vision of the system allowing the identification of sediment pathways and deposition areas on the basis of physical processes and enlarge the present knowledge of the canyons studied. The results obtained may help in the identification of strategic mooring and coring sites to further advance the state of our knowledge on sediment dynamics of the different cases studies.