La déformation actuelle et la sismicité en domaine intraplaque sont des phénomènes mal compris. En particulier le rôle de l'héritage structural sur les variations spatiales de sismicité, et donc d'aléa sismique, reste une problématique majeure à la fois académique et sociétale. Plusieurs études semblent montrer que l'adoucissement rhéologique créé lors de la formation de grandes structures tectoniques aujourd'hui héritées, est un facteur indispensable pour expliquer la localisation et la magnitude de la déformation actuelle. Cependant, la quantification de l'impact de cet l’héritage structural sur la déformation de la croûte supérieure est toujours mal contrainte voir inconnue.Ces travaux de thèse ont pour but de quantifier l'impact de l'héritage structural sur la déformation actuelle des premiers kilomètres de la croûte. Il s’articule autour de deux axes de recherche. Le premier est la mesure précise des taux de déformations dans la vallée du Saint Laurent, à l’Est du Canada, à l’aide du Global Positioning System (GPS). Cette zone présente un fort héritage structural associé au paléo-rift Iapetus (~700 Ma) et une forte densité de station GPS permettant la mesure des taux de déformation tant à l’extérieur qu’à l’intérieur de la zone d’héritage structural. Une des nouveautés de cette étude est la combinaison de stations GPS continues et de campagnes (réseau de campagne dédié, pour la première fois utilisé pour contraindre les taux de déformation dans cette zone). L’analyse des taux de déformation obtenus à l’aide du GPS a montré qu’avec des taux de déformation de 2 à 11 fois supérieurs aux régions limitrophes, la zone d’héritage structural concentre significativement la déformation de surface. La comparaison des taux de déformation GPS avec ceux prédits par les modèles de réajustement isostatique glaciaire (GIA, processus majeur actif dans la région) a mis en évidence que l’héritage structural amplifie les taux de déformation générés par le GIA d’un facteur 6 à 28.Le deuxième axe de recherche consiste à développer des modèles numériques thermo-mécaniques 2D prenant en compte l’adoucissement rhéologique associé à l’héritage structural. La quantification de l’amplification des taux de déformation de la croûte supérieure est effectuée pour différentes localisations de l'adoucissement au sein de la lithosphère. Les modèles sont d’abord réalisés pour un cas intraplaque générique, puis appliqués à la vallée du St Laurent. Une des nouveautés de cette étude est d’analyser les modèles pour une force fixée, représentative du bilan des forces agissant sur la lithosphère, et supposée être à l’équilibre avec la résistance intégrée de la lithosphère. Cela permet d’appréhender le comportement mécanique de la lithosphère pour un état non stationnaire. Pour les modèles intraplaques génériques, l’amplification des taux de déformation varie de 1 à 27 en fonction des paramètres testés (lithologie crustale, quantité de déformation héritée, géotherme et force). Ces amplifications modélisées sont en accord avec celles mesurées par le GPS ou la sismicité à grande échelle spatiale (100s km) dans l’est de l’Amérique du Nord. Les modèles numériques associés à la vallée du St Laurent intègrent l’impact de la géométrie de la zone adoucie et des variations latérales de la quantité d’adoucissement et du géotherme. Les amplifications associées vont de 1 à 11, en accord avec les amplifications GPS calculées dans cette zone. Un résultat majeur mis en évidence par cette étude est la présence d’un noyau élastique conservé dans le manteau lithosphérique supérieur malgré le fort adoucissement imposé, limitant les effets d’amplification.Nos résultats reflètent un comportement mécanique de la lithosphère et de la déformation associée, supposés long-terme (10^3 à 10^5 ans). Des travaux restent à entreprendre pour quantifier l’impact des processus transitoires pouvant être à l’origine de la réactivation des zones d’héritage structural. / Current deformation and seismicity are poorly understood phenomena in intraplate domains. In particular, the role of structural inheritance on spatial variations of seismicity, and hence seismic hazard, remains a major social and academic issue. Previous studies tend to show that rheology weakening created during the formation of large tectonic structures, currently inherited, is essential to explain the current deformation localization and magnitude. However, quantifying the structural inheritance impact on upper crustal deformation is still poorly constrained, if not unknown.The goal of this thesis is to quantify the impact of structural inheritance on present-day upper crustal deformation. It is performed through two research axes. The first one is the measure of precise strain rates in the Saint Lawrence Valley, eastern Canada, using the Global Positioning System (GPS). This region presents a strong structural inheritance related to the Iapetus paleo-rift (~700 Ma) and a dense GPS network, allowing a high resolution in the strain rate measurements both outside and inside the structural inheritance area. One of the novelties in this study is the combination of continues and campaign GPS stations (dedicated network, used for the first time to constrain strain rates in this region). GPS strain rate analysis show that structural inheritance significantly localizes the deformation, increasing 2-11 times the average surface strain rates in the structural inheritance area compared to surrounding regions. The comparison of GPS strain rates and glacial isostatic adjustment models (GIA, the main active process in the St Lawrence Valley) shows that GIA-induced strain rates are amplified inside the inheritance area about a factor of 6 to 28, whereas they are not amplified outside the inherited domain.The second research axe involves developing 2D thermo-mechanical numerical models including rheology weakening related to structural inheritance. Quantification of the upper crustal strain rate amplification is carried out following different weak zone localization in the lithosphere. Models are first produced for a generic intraplate domain and then, dedicated to the St Lawrence Valley. One of the novelties of this study is to analyze the models for a fixed net driving force (including the impact of regional and local forces) assumed to be at equilibrium with the lithospheric integrated strength. This approach allows studying the mechanical behavior of the lithosphere for a non-steady state. For a generic intraplate model, the strain rate amplification varies between 1 to 27 depending on the tested parameters (crustal strength, amount of inherited strain, geotherm and net driving force). These model amplification factors are in good agreement with observed GPS and seismic strain rates calculated on a large spatial scale (100s km) in Eastern North America. Representatives models of the St Lawrence Valley investigate the impact of the weak zone geometry and lateral variations of both the amount of weakening and the geotherm. The associated amplification range between 1-11 and is in good agreement with GPS amplifications calculated in this region. A major feature highlighted through this study is the presence of a preserved elastic core in the upper lithospheric mantle despite the high imposed weakening, limiting amplification effects.Our results reflect long-term behavior (10^3 to 10^5 yrs) of the lithosphere deformation and mechanical behavior. The next step is to include and quantify the impact of transient processes, which could be at the origin of structural inheritance reactivation.

Les zones de convergence sont des objets clés à la compréhension de la dynamique de la lithosphère. Elles sont le siège de déformations majeures comme en témoignent la concentration et l’intensité des séismes qui leur sont associées. A plus grande échelle de temps et d'espace, ces déformations résultent généralement en un empilement d’unités dont l’étude offre l'accès aux différents niveaux structuraux mis en jeu dans l'organisation de la chaîne de montagnes. Caractériser précisément la dynamique de structuration de ces unités ainsi que les paramètres contrôlant cette dynamique constitue une étape cruciale permettant d’aller plus loin, notamment quantitativement, dans notre connaissance de la dynamique lithosphérique. Cette thèse a comme double objectif (1) de préciser le comportement rhéologique des roches aux conditions Pressions-Température P-T du faciès éclogitique au sein de l' interface de subduction et (2) de caractériser et quantifier l' influence de la rhéologie de la plaque supérieure, et plus spécifiquement, le rôle de sa partie crustale, sur l'évolution spatio-temporelle des zones de convergence. Pour cela, une approche multi-disciplinaire a été utilisée. Dans un premier temps, je présente une analyse multi-échelle couplant travail de terrain et de pétrologie métamorphique qui a permis d'étudier la déformation au sein de roches HP-BT à l' interface de subduction au niveau de la klippe du Mont-Emilius (Alpes occidentales, Italie). Je détaille ensuite une étude quantitative alliant modélisation numérique thermo-mécanique 3D et 2D de zones de convergence. L'ensemble des modèles a permis d'analyser de nombreux paramètres influençant la structure rhéologique de la plaque supérieure tels que le géotherme initial, l'épaisseur de la lithosphère et de la croûte et la nature des matériaux impliqués. L'ensemble des modèles réalisés sont contraints/confrontés par/aux des données issues d'exemples naturels. Les résultats de l'étude sur des roches déformées au sein de l’interface de subduction mettent en évidence le possible comportement cassant des roches à des conditions de pression et température de l'ordre de 2.15-2.40 GPa, 500-550 °C, i.e., dans le faciès éclogitique. L’enregistrement d’un tel mode de déformation est d'une importance capitale car il remet en question le paradigme d’un comportement ductile sans résistance au niveau de l’ interface de subduction. Les résultats obtenus via les modèles numériques montrent par ailleurs que la rhéologie de la plaque supérieure, ainsi que celle de sa seule partie crustale, a une influence de premier ordre sur la dynamique globale des zones de convergence en modifiant notamment le mode de subduction, la cinématique de la fosse, le mode d'exhumation lors d'une collision, le timing de la déchirure du slab et de la formation de bassins d'arrière-arc, la répartition et l'intensité de la déformation au sein de la plaque supérieure. La combinaison des méthodes de pétrologie et de modélisation numérique a permis d'obtenir une analyse quantifiée de l' influence de la rhéologie des lithosphères impliquées dans les zones de convergence sur la dynamique de ces zones. Cette thèse présente ainsi de nouvelles contraintes à notre compréhension de la réponse mécanique de la lithosphère, en fonction de sa structuration rhéologique et de sa place au sein des zones de convergence à petite et grande échelle. Les nouvelles données présentées révèlent l' impact majeur de la rhéologie de la lithosphère dans les zones de convergence. Ce paramètre amène ainsi à reconsidérer notre vision actuelle des zones de convergence. / Convergence zones are key objects to the understanding of the lithosphere dynamics. They are the location correspond to places of intense deformation as evidenced by the concentration and magnitude of recorded earthquakes. On a larger scale of time and space, these deformations generally result in nappes stacking whose study offers access to the different structural levels involved in the mountain belt structuration. Precisely characterizing the structuring dynamics of these units as well as the parameters controlling this dynamic is a crucial step that would allow in particular a better quantification of lithospheric dynamics. The aim of this thesis is twofold: (1) clarifying the rheological behavior of rocks in the Pressure-Temperature (P-T) conditions of the eclogitic facies at the subduction interface and (2) characterizing and quantifying the influence of the overriding plate rheology, and more specifically, the role of its crustal part, on the spatio-temporal evolution of convergence zones. For this, I used a multi-disciplinary approach. First, I present a multi-scale analysis combining fieldwork and metamorphic petrology, which allowed me to study the deformation within High Pressure-Low Temperature (HP-LT) rocks at the subduction interface in the Mont-Emilius klippe (Western Alps, Italy). Then, I show the results of a quantitative study combining 3D and 2D thermo-mechanical modeling of convergence zones. The entire set of models allowed me to analyze different parameters influencing the rheological structure of the overriding plate, such as the initial geotherm, the thicknesses of the lithosphere and the crust, and the nature of the involved materials. All the performed models are constrained/compared by/with data from natural examples. The results of the study on deformed rocks within the subduction interface highlight the possible brittle behavior of rocks at pressure and temperature conditions on the order of 2.15-2.40 GPa and 500-550 °C, i.e., in the eclogitic facies. The recording of such a deformation mode is of paramount importance because it challenges the paradigm of subduction interface caracterized by ductile behavior without resistance. The results obtained with the numerical models show that the rheology of the overriding plate, as well as that of only its crustal part, has a first-order influence on the overall dynamics of the convergence zones by modifying the mode of subduction, trench kinematics, the mode of exhumation during collision, the timing for slab break-off and back-arc basin formation, the location and intensity of deformation within the overriding plate. The combination of petrology and numerical modeling methods allowed me to obtain a quantified analysis of the influence of the rheology of the lithospheres involved in convergence zones on the dynamics of these zones. This thesis presents new constraints for our understanding of the mechanical response of the lithosphere at different spatial scales as a function of its rheological structure. The new data presented here reveal the major impact of the lithosphere rheology in convergence zones. This parameter leads us to reconsider our current view of the convergence zones.

Les rivières présentent généralement un lit ondulé dû à la présence de bancs, qui correspondent à des larges dépôts sédimentaires alternant avec des zones profondes (mouilles). Des travaux d'ingénierie importants et répétés modifiant la géométrie du cours d'eau, le régime hydraulique et l'apport sédimentaire peuvent à terme modifier la dynamique des bancs à l'échelle de la rivière. Une meilleure compréhension des processus liés aux bancs est importante pour les gestionnaires des rivières, car les bancs contrôlent activement la morphologie du lit et érodent les berges, impactant la navigation, les prises d'eaux, les ouvrages et la qualité des habitats. Même si les mécanismes régissant la formation et le développement des bancs sont bien compris, la compréhension de la morphodynamique des bancs en milieu fluvial reste limitée, en raison de la non-linéarité induite par la combinaison de facteurs naturels en atrophiques. La non-uniformité des sédiments est une caractéristique inhérente des rivières, mais son impact sur la propriété des bancs, même dans des cas simplifiés, reste obscure. Ce travail de thèse vise à étudier l'impact de l'hétérogénéité granulométrique sur des bancs dans des chenaux endigués, via l'utilisation d'un modèle morphodynamique bi-dimensionnel implémenté dans le système Telemac-Mascaret. Les développements numériques nécessaires sont apportés afin d'être en accord avec l'état de l'art sur la modélisation de bancs avec un sédiment-non-uniforme. Par la suite, ce modèle est utilisé pour l'étude de la morphodynamique des bancs dans un chenal rectiligne sur la base d'expériences réalisées en laboratoire. Finalement, l'analyse est transférée sur un tronçon de 1 km de la Loire, caractérisé par sa géométrie relativement complexe. Les résultats permettent de valider l'approche de modélisation et démontrent la portabilité pour d'autres études, apportent plus d'éléments sur la relation entre sédiment non-uniforme et les bancs, et pourront être utilisés pour préconiser les gestionnaires des rivières / Rivers often present a wavy bed topography due to the presence of bars, corresponding to large sediment deposits alternating with deeper areas (pools). Intense and continual river engineering works altering the river geometry, flow regime and sediment supply can impact bar morphodynamics at the reach scale. A deep knowledge of bar processes is important for river managers, because bars actively control the river bed topography and influence bank erosion, with consequences for navigation, water intakes, infrastructure and the quality of their habitats. Although the origin of bar formation and propagation is well understood, the understanding of bar morphodynamics in rivers remains limited due to the non-linearity of combined natural and anthropogenic effects. Sediment non-uniformity is an inherent characteristic of rivers, but its impact on bar properties, even considering simple configurations, is still unclear. This Ph.D. thesis aims at investigating the impact of sediment size heterogeneity on bars in rivers with non-erodible banks, using a two-dimensional morphodynamic model implemented in the Telemac-Mascaret system. The necessary model developments are brought to comply with the state of the art on the modelling of heterogeneous sediment with bars. Then, the model is used to study bar morphodynamics in a straight channel on the basis of laboratory experiments. Eventually, the analysis is transferred in a 1 km reach of the Loire river characterized by a relatively complex geometry. General outcomes validate the modelling approach and demonstrate the application portability for other study cases, shed more light on the relationship between non-uniform sediment and bars, and can be later used as recommendations for river managers.

Au cours des dernières décennies, l'angiographie par résonance magnétique a été utilisée comme routine clinique pour l'exploration précise et non invasive des vaisseaux sanguins, ainsi que pour le diagnostic des affections neurovasculaires les plus courantes. Plusieurs méthodes spécifiques ont été développées pour simuler numériquement le procédé de formation des angiographies. Cependant, à ce jour, la plupart des logiciels de simulation IRM avancés sont exclusivement spécialisés dans l'imagerie des tissus statiques. Le présent travail a donc été réalisé pour étendre les possibilités d'un logiciel existant afin de proposer un outil complet pour la simulation IRM des écoulements fluides. L'efficacité de cette approche est démontrée en reproduisant les principales séquences angiographiques et les artéfacts de flux les plus courants. Pour finir, des applications sur des simulations de flux sanguins dans des géométries de vaisseaux réalistes sont présentées. / During the last decades, magnetic resonance angiography has been used as a clinical routine for precise and non-invasive exploration of vessels, as well as for diagnosis of the most common neurovascular diseases. Several dedicated methods were developed to simulate specifically the process of angiographic acquisitions. Though, currently, most of advanced MRI simulators are exclusively specialized in static tissues imaging. This work was carried out to expand the possibilities of one of those simulators in order to propose a complete tool for MRI simulation of flow motion.The efficiency of this approach is proven by replicating the main angiographic pulse sequences and the most common flow artifacts. Finally, applications are provided on simulations of blood flow in realistic vessels geometries.

De nos jours, l'humidité dans les bâtiments est une problématique majeure car elle impacte simultanément la consommation énergétique, le confort des occupants, ainsi que les risques de moisissures dans l'envelope du bâtiment. Les matériaux de construction ont la capacité d'absorber et de libérer de grandes quantités de vapeur d'eau et peuvent par conséquent amortir les variations d'humidité relative intérieure. Cette proporiété est appelée tampon hygrique. Elle est liée aux échanges de vapeur d'eau entre l'air intérieur et les parois, à la ventilation, et aux sources de vapeur. Cet effet a été précédemment mis en évidence à l'échelle du matériau et de la paroi par des expériences de laboratoire et des modèles numériques. Cependant, peu de modèles décrivent de manière réaliste les sources intérieures dues à la présence et aux activités des occupants. Dans ce travail, un modèle hygrothermique à l'échelle de la pièce a été développé en Python afin d'investiguer l'influence du scénario d'occupation, et l'impact du tampon hygrique des parois sur l'air intérieur. Ce modèle regroupe les transferts couplés d'énergie et de masse dans les parois, ainsi que les sources intérieures décrites par un système de conditionnement d'air et par la présence et les activités des occupants. Ce dernier étant modélisé de manière stochastique par un modèle implémenté dans une plateforme nommée No-MASS. Des indicateurs de performance sur les besoins énergétiques, le confort hygrique intérieur, et les risques liés aux moisissures dans les parois ont été définis pour quantifier la performance hygrothermique d'une pièce. La sensibilité des indicateurs de performance vis-à-vis du scénario d'occupation a été évaluée en simulant des scénarios stochastique, déterministe et constant. Les résultats ont montré une influence marginale du scénario à l'échelle de l'année. [...} / Humidity in buildings has nowadays become a major concern as it impacts simultaneously the energy consumption, the occupants' comfort and the moisture related risks in the buildings envelope. Buildings materials have the ability to absorb and release large amounts of moisture and therefore they may dampen the indoor relative humidity variations. This is called the moisture buffering capacity. It depends on the vapour exchanges between the air and the walls, the ventilation and the indoor moisture sources. This property was previously highlighted at material and wall scales through laboratory experiments and numerical models. However, few models describe the indoor sources due to the occupants' presence and activities in a realistic way. In this work, a hygrothermal room model was developed in Python to investigate the influence of the occupancy scenario and of the impact of the walls moisture buffering on indoor air balance. This model regroups the coupled heat and mass transfer in the walls, as well as the indoor sources depicted by the air-conditioning system and the occupants' presence and activities. The numerical modelling of the latter relies on a stochastic occupancy model implemented in a platform called No-MASS. Performance indicators on the energy demand, the indoor hygric comfort and the moisture related risks in the walls were defined to quantify the hygothermal performance of a room. The sensitivity of the performance indicators towards the occupancy scenario was assessed by simulating a stochastic occupancy scenario, a deterministic one and a constant one. Results showed a marginal influence of the scenario at year scale. However, at smaller time scales (seasonal or monthly), their impact on the indoor relative humidity dampening was not negligible, mainly due to the consideration of a seasonal effect for the stochastic scenario. [...]

Le développement et l'exploitation de réservoirs géothermiques profonds s'accompagnent généralement d'une sismicité induite - un effet secondaire indésirable. Cette recherche est axées sur l'utilisation de simulations numériques pour étudier la propagation des fractures hydrauliques et la réactivation de failles préexistantes lors de la stimulation hydraulique des réservoirs afin de mieux comprendre le comportement du réservoir fracturé et de réduire le risque potentiel de sismicité induite.La sismicité induite est d'abord étudiée du point de vue de l'utilisation de la loi de conservation de l'énergie afin d'expliquer le mécanisme de génération d'ondes élastiques à partir d'une rupture de roche. Ensuite, une approche approximative est proposée pour calculer les accélérations de pointe (PGA) induites par le glissement de faille. Les PGA calculés à la surface du sol servent à évaluer la perception humaine des ondes sismiques et le potentiel de dégradation des structures. / The development and the exploitation of deep geothermal reservoirs are usually accompanied with induced seismicity - an unwanted side effect. This research is focused on using numerical simulations to investigate the propagation of hydraulic fractures and the reactivation of pre-existing faults during the hydraulic stimulation of the reservoirs in an effort to better understand the fractured reservoir behavior and to reduce the potential risk of induced seismicity.The induced seismicity is studied first from the standpoint of using the law of energy conservation in order to explain the mechanism of generating elastic waves from rock failure. Then an approximate approach is proposed to calculate the peak ground accelerations (PGAs) that are induced by the fault slip. The computed PGAs on ground surface are used to assess the human perception of the seismic waves and the damage potential to structures.

La formulation de nouveaux adhésifs durant les dernières décennies a permis de développer des procédés de collage innovants pour l’industrie du bois. Dans cette optique, le collage du bois à l’état vert permet de créer une chaîne d’élaboration de matériaux techniques, sans ruptures de charges dans le processus industriel grâce à un séchage en fin de cycle. Or le collage implique un retrait empêché des assemblages au cours du séchage, induisant un développement de contraintes. À ce jour, de nombreuses études numériques portant sur le comportement du bois collé soumis à des variations hydriques ont été effectuées, sans pour autant avoir été mises en relation avec des études expérimentales. L’extension récente des techniques de corrélation d'images permet d'effectuer des mesures de champs sans contact, particulièrement adaptées à un matériau hygroscopique tel que le bois. L’objectif de la thèse est d’appréhender par des approches expérimentale et numérique les contraintes hydromécaniques qui peuvent survenir dans des assemblages contrecollés. Une expérimentation, permettant de mesurer les champs durant le séchage a été mise en place. Le modèle numérique retenu est un modèle élastique orthotrope, permettant de prendre en compte la morphologie du matériau bois. Nous pouvons identifier les paramètres gouvernant les mécanismes d'endommagement du joint de colle et proposer des conditions de mise en œuvre optimisant la tenue de l'assemblage au séchage. / The development of new adhesives during the last decades has implied radically changes in the sawmill industry. The gluing of unseasonned wood, called green gluing, allows a new order in the process of engineered wood products, thanks to the final position of the drying step. Nevertheless, the jointing prevents the free shrinkage of wood during the mass transfer, involving a stress development. Nowadays, numerous drying models have been developed to predict the deformations and stresses of wood, but few have been confirmed by experimental tests. For an organic material such as wood, the measurement of hygromechanical properties will be more efficient if there is no interaction between the material and the measurement system. One of the most promising experimental techniques for this kind of issue is noncontact optical measurement based on Digital Image Correlation principles. The objective of this study is to evaluate by experimental and numerical solutions the stress development in green-glued wood laminated timber subjected to drying conditions. An experimental method has been set up and the results allow to validate a numerical finite elements model. The model which has been chosen is an orthotropic elastic model, able to describe the morphology of the wood material. This study allows to identify the parameters governing the damage of the interface. This approach leads to suggest some preconizationsin order to optimize the behavior of product during the drying procedure.

Afin de protéger les composants hydrauliques des phénomènes d’érosion par cavitation, les pièces sont très souvent revêtues par projection thermique. Parmi les matériaux qui présentent de bonnes performances contre cette forme d’érosion, certaines recherches, trop rares encore, relèvent les excellentes propriétés de la zircone stabilisée à 8 wt% yttrium (YSZ). C’est pourquoi, dans cette étude, des revêtements YSZ à 8 wt% ont été fabriqués avec différents procédés de projection thermique et post-traités par refusion laser puis ils ont été soumis aux tests de cavitation référencés selon la norme ASTMG32.Le revêtement YSZ a tout d’abord été élaboré par projection plasma atmosphérique (APS). Différentes tailles de poudre YSZ et différentes températures de préchauffage du substrat ont été étudiées pour observer leurs effets sur la tenue en cavitation des échantillons. La simulation de cavitation acoustique de type Caflisch a permis d’estimer la vitesse du jet d'eau et les contraintes exercées par l'effondrement des bulles à la surface des échantillons. Les résultats en cavitation des deux revêtements YSZ et 304SS ont été étudiés et leurs mécanismes discutés.Ensuite et afin densifier ces échantillons, des revêtements composites YSZ-NiCrBSi contenant de 5 à 25 wt% NiCrBSi dans le mélange ont été fabriqués avec le même procédé APS. Les résultats de l'érosion par cavitation montrent qu'une faible adhérence des particules de NiCrBSi vient contrebalancer l'effet positif de la diminution de la porosité dans ces revêtements. Le revêtement YSZ a été finalement post-traité par refusion laser et différents paramètres laser ont été testés pour optimiser leur densification. Il s’avère que la refusion au laser produit une couche refondue dense en surface mais aussi des fissures à l'intérieur des revêtements. Exposés au test d'érosion par cavitation, il a été observé des arrachements importants de la partie refondue du revêtement et un décollement à son interface, d’où une perte de masse rapide. C’est pourquoi, de l'époxy a été utilisée pour infiltrer ces fissures. Le revêtement refondu par laser et infiltré par époxy présente une amélioration significative de la résistance à la cavitation. Enfin, le procédé de projection de plasma sous vide (VPS) qui permet d’obtenir des revêtements très denses a été utilisé pour fabriquer le revêtement YSZ. Un revêtement de porosité inférieure à 1% a été obtenu. En raison de la température élevée du substrat pendant la projection VPS, les liaisons inter lamellaires sont améliorées, contribuant à augmenter significativement la résistance à la cavitation. / In order to protect the hydraulic components from cavitation erosion phenomena, the parts are often coated by thermal spraying. Buck YSZ shows an excellent performance against cavitation erosion. However, the cavitation erosion resistance of YSZ coatings have vaguely been studied. Therefore, in this study, YSZ were manufactured with different thermal spraying processes and post-treated by laser remelting, then they were subjected to cavitation tests according to ASTM G32.The YSZ coating was first manufactured by atmospheric plasma spraying (APS). Various sizes of YSZ powder and different preheating temperatures of the substrate were studied to observe their effect on the cavitation behavior of the samples. The acoustic cavitation simulation of the Caflisch type has been used to estimate the speed of the water jet and the stresses exerted by the collapse of the bubbles on the surface of the samples. The cavitation results of the two YSZ and 304SS coatings were aslo studied to discuss cavitation damage of a thermally sprayed coating.Then in order to densify these samples, YSZ-NiCrBSi composite coatings containing from 5 to 25 wt% NiCrBSi in the mixture were manufactured with the APS process. The results of cavitation erosion show that low adhesion of NiCrBSi particles counterbalances the positive effect of decreasing porosity in these coatings. The YSZ coating was then post-treated by laser remelting and various laser parameters were tested to optimize their densification. It turns out that laser remelting produces a dense surface layer but also cracks inside the coatings. Exposed to the cavitation erosion test, it was observed significant removal of the remelted parts of the coating and, resulting in rapid mass loss. This is why epoxy has been used to infiltrate these cracks. The laser remelted and epoxy infiltrated coating exhibits a significant improvement in cavitation resistance. Finally, the vacuum plasma spraying method (VPS), which provides very dense coatings, was used to make the YSZ coating. A porosity coating of less than 1% was obtained. Due to the high temperature of the substrate during VPS projection, the interlamellar bonds are improved, contributing to a significant increase of cavitation resistance.

L'objectif de cette thèse est d’approfondir la compréhension des relations entre la croissance anormale des grains austénitiques et l'état de précipitation dans un acier faiblement allié. La croissance anormale est le grossissement excessif d’un petit nombre de grains conduisant à une détérioration des propriétés mécaniques. La distribution de taille des grains d'austénite, la fraction volumique de précipités et l'évolution de leur distribution de taille ont étés expérimentalement caractérisés pour différents traitements thermiques et pour deux aciers industriels (acier A et acier B). La modélisation a été réalisée en deux étapes : modélisation de l’état de précipitation et modélisation de la croissance anormale/normale des grains. Les résultats de la modélisation ont étés comparés aux résultats expérimentaux. Le modèle de croissance des grains est basé sur l’hypothèse que la croissance des grains est régie par la diminution de l'énergie d’interface. Les précipités créent une force d’ancrage conventionnelle de Zener ainsi qu’une force d’ancrage de joints de grains, qui retardent la croissance de grains. Le modèle de précipitation est basé sur les théories classiques de nucléation et de croissance (CNGTs). Si la taille des grains austénitiques est supérieure à 3µm, l’hypothèse d’une précipitation homogène permet d’obtenir un bon accord entre les résultats numériques et les résultats expérimentaux (distribution de taille de précipités, fraction volumique). Si la taille des grains est inférieure à 3µm, la présence de précipitation hétérogène a été prise en compte. Le modèle de précipitation a été couplé par deux approches différentes au modèle de croissance de grains ; un couplage ‘doux’ et un couplage ‘ dur’. Ces deux approches ont permis de faire la lumière sur les différents paramètres physiques qui contrôlent la croissance de grains pour un état structural donné. Une bonne prédiction du mode de croissance (normale ou anormale) a été obtenue. Le couplage dynamique a permis de tracer une représentation temps/température claire du mode de croissance des grains. Il a été montré que si la croissance anormale des grains d’austénite dépend fortement de l’état initial de précipitation ainsi que de la taille initiale des grains, l’évolution de la fraction volumique des précipités lors du traitement thermique joue un rôle prépondérant sur le mode de croissance. Les résultats de cette étude ont permis d’expliquer l’influence de l’état de précipitation et de la taille des grains sur la croissance anormale. / The objective of this thesis is to further understand the austenite Abnormal Grain Growth (AGG) phenomenon in relation with precipitation state in a low alloy steel. The abnormal grain growth is addressed from both experimental and numerical modeling point of view. Prior austenite grain size distribution, precipitation volume fraction and size distribution evolution of the different heat treated states are experimentally determined for two different industrial alloys (steel-A and steel-B) in different heat treated states and experimental results are compared with model predictions. A two-step modeling technique is adopted in this study: precipitation modeling and abnormal/normal grain growth modeling. The abnormal/normal grain growth modeling is done using a simplified analytical model where the grain growth is assumed to be driven by the decrease in interfacial energy. Both the conventional Zener pinning and corner pinning by precipitate is considered as boundary movement retarding forces. The precipitation model is based on the Classical Nucleation and Growth Theories. The assumption of homogeneous precipitate nucleation and growth gave a good prediction of volume fraction, mean radius and size distribution in comparison with the experimental results. Two coupled modeling approaches of abnormal grain growth and precipitation model: ①Soft coupling and ②Dynamic coupling; shed light on the different physical parameters controlling the grain growth condition in a particular material’s state. A reasonable prediction of AGG and NGG is obtained from both approaches. The dynamic coupled modeling enabled us to paint a comprehensive time-temperature mechanism map of grain growth conditions. It is found that AGG in the austenitic state depends strongly on the initial grain size distribution and precipitation state. The modeling and the experimental results showed that the precipitation state evolution (increasing or decreasing volume fraction) also impact normal/abnormal grain growth. Plausible explanations in relation with the mean austenite grain size and the precipitation state are derived for the AGG phenomenon from the present work.

Malgré l'amélioration constante des modèles de prévision opérationnelle, certains événements demeurent difficilement prévisibles, même à courte échéance. Dans ces cas, la qualité de la prévision dépend fortement de celle des conditions initiales qui lui sont fournies. Dans ce contexte, il apparaît essentiel d'améliorer des méthodes existantes et d'en développer de nouvelles afin de prendre au mieux en compte les incertitudes liées aux conditions initiales, en particulier pour la prévision d'événements intenses tels que les fortes pluies qui touchent régulièrement le bassin Méditerranéen. L'impact d'incertitudes aux conditions initiales sur la prévision de la dite “supertempête” d'Alger (novembre 2001) a été examiné au travers de simulations haute résolution réalisées avec le modèle Méso-NH. Ce cas était caractérisé par la présence d'un profond thalweg d'altitude associé à une cyclogenèse intense. Il a été montré qu'une faible perturbation initiale de la profondeur du thalweg d'altitude (et de l'intensité de l'anomalie positive de tourbillon potentiel associée) pouvait se propager et s'intensifier durant la simulation, impactant alors la prévision du cyclone de surface. Une étude détaillée des conditions de développement de la convection profonde dans chaque expérience a montré que les perturbations de petites échelles observées sur les champs de précipitations étaient directement liées à la prévision du cyclone et donc aux perturbations initiales. Dans une seconde partie, l'influence de corrections de tourbillon potentiel sur la prévision du même cas d'étude a été examinée. A l'aide du modèle opérationnel Français ARPEGE, nous avons montré que la prévision démarrant de l'analyse opérationnelle du 9 novembre 2001 à 1200 UTC n'était pas capable de reproduire le cycle de vie et le creusement de la dépression de surface. Des corrections locales de tourbillon potentiel guidées par des observations satellites issues du canal vapeur d'eau de Meteosat 7 ont conduit à une amélioration significative de la prévision du minimum dépressionnaire et des précipitations associées. A l'aide de simulations très haute résolution (2 km) Méso-NH et de l'utilisation de l'approche dite modèle-vers-satellite, nous avons montré que l'impact des modifications initiales était particulièrement positif lors des périodes de forte activité convective précédent celles de précipitations intenses.