La plate-forme Saharienne paléozoïque, comprenant les bassins péri-Hoggar (Murzuq, Illizi, Mouydir, Ahnet, Reggane et Tim Mersoï) sont définies comme des bassins intracratoniques. Ils ont été dominés par des mouvements verticaux lents et à grande longueur d'onde, conduisant à une subsidence globale à faible vitesse (i.e. ca. 10 m/Ma à 50 m/Ma) et à l'accumulation d'une couverture sédimentaire étendue de type plate-forme (environnements de dépôts peu profonds), rythmée par des périodes pulsatiles d’augmentation et de diminution du taux de subsidence probablement déclenchées par des événements géodynamiques régionaux. Les mouvements verticaux de la plate-forme ont créé plusieurs arches également appelés dômes, paléo-topographies (e.g. les arches de la Tihemboka, d’Amguid El Biod, d’Arak-Foum Belrem et de l’Azzel Matti) et des bassins (en forme de synclinal) de différentes longueurs d'onde allant de plusieurs centaines à plus de milliers kilomètres. La persistance d’un ensemble assez uniforme de mouvements verticaux semble contrôler l’architecture des bassins, ce qui semble indiquer un contrôle à grande échelle (i.e. lithosphérique). Ce dernier contrôle spatialement et temporellement la dynamique sédimentaire de dépôt et d'érosion. Plusieurs périodes d'érosion majeures ont considérablement tronqué les sédiments préexistants sur de vastes zones, produisant des discordances régionales, restreintes et amalgamées sur les arches, qui séparent la couverture sédimentaire de la plateforme. À travers une approche intégrée multidisciplinaire originale allant d’une analyse géologique de bassin, associant le substrat et l’architecture de bassin à une modélisation thermomécanique numérique de la lithosphère, cette étude a permis de décrypter les facteurs de forçage des bassins intracratoniques de la plate-forme saharienne (bassins péri-Hoggar).L'architecture en Arches-Bassins est mise en évidence par l'identification de structures tectono-sédimentaires (onlap divergents, troncatures…). Cette architecture se caractérise par des variations d'épaisseur et des partitionnements de faciès, organisés par des failles normales planes sub-verticales formant des systèmes d'horst-graben souvent associés à des plis forcés dans la couverture. Connectés et nucléés aux grandes zones de méga-cisaillement, les systèmes d'horst-graben sont inversés (inversion positive) ou réactivés (plis forcés) au cours d'événements géodynamiques successifs (par exemple : extension cambro-ordovicienne, rebond glaciaire ordo-silurien, extension/ compression Siluro-Dévonien «Calédonienne», extension/compression du dévonien tardif et compression «hercynienne»).Formée sous une lithosphère précambrienne de type accrétionnaire héritées de plusieurs paléo-orogénèses (e.g. Eburnéenne, Panafricaine), une zonation des substrats sous l’architecture en Arches-Basins est observée : Les terranes Archéen à Paléoprotérozoïque se situent sous les hauts structuraux et les terranes méso-néo-protérozoïques sous les dépressions.Sur la base de ces observations géologiques et de l’hypothèse de densités différentielles conservées (impliquant un potentiel isostatique) entre les différents terranes accrétées héritées (i.e. les terranes archéennes et protérozoïques) dans la lithosphère, un modèle numérique thermo-mécanique 2D est proposé. Les facteurs de forçage du premier et du second ordre, respectivement caractérisés par de faible taux de subsidence et par leurs déviations cycliques pendant de longues durées (250 Ma), sont bien contraint par le modèle réconciliant aussi l’architecture tectono-stratigraphique singulière en Arches-Basins. Les différentes simulations ont montré l’importance des anomalies thermiques, de la tectonique (faible taux de déformation) et de l’apport externes en sédiments sur la dynamique de ces bassins intracratoniques. Le flux sédimentaire contrôle la vitesse et la durée de remplissage du bassin jusqu'à l'équilibre isostatique (…). / The Paleozoic Saharan platform including the peri-Hoggar Basins (i.e. Murzuq, Illizi, Mouydir, Ahnet, Reggane and Tim Mersoï basins) are defined as intracraonic basins. Their histories have been dominated by slow long-wavelength vertical motions leading to overall low subsidence rate (i.e ca. 10 m/Ma to 50 m/Ma) and accumulation of an extensive cover of platformal sediments (i.e. shallow deposits environments), rhythmed by pulsatile periods of increasing and decreasing rate probably triggered by regional geodynamic events. The vertical motions of the platform produced several arches also called domes, swells, highs, ridges (e.g. the Tihemboka, Amguid El Biod, Arak-Foum Belrem and Azzel Matti Arches) and basins (syncline-shaped) with different wavelengths going from several hundred to more than a thousand kilometres. The persistence of a rather uniform pattern of vertical motions seems to control the architecture of the basins indicating a large-scale control (i.e. lithospheric). This latter controls spatially and temporally the deposition and the erosion dynamics. Several major erosion events significantly truncated the pre-existing sediments over wide areas, producing regional unconformities, especially restricted and amalgamated on arches, which separate the platformal cover into divisions. Through an original multidisciplinary integrated approach going from a geological basin analysis, coupling the substrate and the basin architecture to a numerical thermo-mechanical modelling of the lithosphere, this study has led to decipher the forcing factors of the intracratonic basins of the Saharan platform.The Arches-Basins architecture is highlighted through the identification of tectono-sedimentary structures (growth strata, truncatures…). This architecture is featured by thickness variation and facies portioning, organized by sub-vertical planar normal faults (sometimes blind faults) forming horst-graben systems associated with forced folding in the cover. Connected and nucleated to major mega-shear zones, horst-graben systems are inverted (positive inversion) or reactivated (forced folds) during successive geodynamic events (e.g. Cambro-Ordovician extension, Ordo-Silurian glacial rebound, Siluro-Devonian “Caledonian” extension/compression, late Devonian extension/compression and “Hercynian” compression).Formed under a Precambrian lithosphere of accretionary type, inherited during several paleo-orogenies (e.g. Eburnean, Pan-African), a substrates zonation of the Arches-Basins framework is described, where the Archean to Paleoproterozoic terranes are forming the structural highs and the Meso-Neoproterozoic terranes the structural lows.Based on these geological observations and the hypothesis of conserved differential densities (implying an isostatic potential) between the inherited different accreted terranes in the lithosphere (i.e. archean and proterozoic terranes), a 2D thermo-mechanical numerical model is proposed. The first and second order forcing factors, respectively recorded in the subsidence rate pattern by the low long-lived and by their cyclic deviations, are well constrained reconciling the singular Arches-Basins tectono-stratigraphic architecture. The different simulations have shown the importance of thermal anomaly, tectonics (weak strain rate) and external sediment supply on the dynamic of these intracratonic basins. Where, sediment flux controls the speed and the duration of basin infill until achievement of the isostatic equilibrium. The thermal anomaly and the tectonics compel the tectono-stratigraphic complexification such as the arches framework (intra-arches, boundary secondary arches…) and the stratigraphy architecture (wedges, diachronic unconformities) (…).

Les matériaux composites occupent une place de plus en plus importante dans l'industrie, en particulier aéronautique. Les composites à matrice thermoplastique suscitent aujourd'hui dans ce secteur un très fort engouement par rapport à leurs concurrents thermodurcissables. Le présent travail de thèse se concentre sur le soudage de matériaux composites à matrice thermoplastique. Le procédé de soudage ultrasons consiste à dissiper un travail mécanique au niveau de l'interface. La température augmente alors localement et entraîne un écoulement dans la zone soudée. Le procédé dit "continu", proposé par EADS IW, permet aujourd'hui d'envisager l'assemblage de structures aéronautiques à l'échelle industrielle par la technique ultrason. Bien évidemment, une bonne compréhension du procédé est un préalable indispensable à une telle application aéronautique. Afin d'étudier la qualité de l'adhésion, la présente étude se situe à l'échelle dite mésoscopique, de quelques millimètres. La problématique consiste à modéliser puis simuler numériquement la thermo-mécanique de l'écoulement à l'interface lors du soudage. L'objectif est de mieux comprendre les liens entre les différents paramètres du procédé, les phénomènes physiques dans la zone soudée et la qualité de la soudure. Après identification des phénomènes physiques prépondérants, la mise en équations de cet écoulement révèle la co-existence de phénomènes rapides (vibration) et lents (écoulement). Une méthode d'homogénéisation temporelle par développements asymptotiques permet alors de modéliser le procédé à l'aide de trois problèmes aux limites couplés. La résolution numérique de ces problèmes nécessite l'utilisation de méthodes particulières permettant de gérer les couplages multiphysiques et les grandes déformations de la géométrie. Finalement, l'outil numérique développé permet une analyse de l'influence des paramètres procédés sur la qualité de l'écoulement et du soudage.

L’objectif de ce travail a été de modéliser les écoulements de polymères dans les co-malaxeurs de type BUSS. Le co-malaxeur est une extrudeuse particulière utilisée comme une boite noire depuis des dizaines d’années par des industriels. Sur le fourreau sont fixés des doigts de malaxage et la vis principale dispose d’interruptions de filets et oscille pour permettre le passage des doigts de malaxage dans les différents chenaux. Cet outil est utilisé pour gélifier du PVC ou disperser des charges dans des matrices polymères. Ce travail de thèse répond donc à un besoin industriel puisque, actuellement, mettre au point un produit nécessite de nombreuses heures d’essais coûteux.Un modèle thermomécanique instationnaire en deux dimensions fondé sur les approximations d’Hele-Shaw a été développé. La discrétisation du domaine du co-malaxeur a été faite par éléments finis. La résolution numérique s’effectue par éléments finis et éléments finis stabilisés par SUPG. La modélisation nous permet d’obtenir en tout point du domaine de calcul la pression, les vecteurs débits, les vitesses de cisaillement, la viscosité et la température.Les résultats issus des simulations nous permettent d’obtenir des ordres de grandeur de pressions et températures et des indices de mélange pour différentes conditions procédés. Une comparaison entre les résultats issus de la modélisation et des essais expérimentaux montre que, dans les zones remplies, le modèle donne des résultats satisfaisants. / The aim of this study was to model molten polymers flow in BUSS type co-kneaders. The BUSS co-kneader is a particular single-screw extruder. It is composed of a rotating screw like standard single screw extruders, but with interrupted flights and mixing pins fixed to the barrel. The screw has also an axial reciprocal movement. It has been used for decades in industry for its mixing capacities, specifically for PVC gelification or polymer compounding with fibres, additives or carbon black. This work is therefore answering to nowadays industrial needs, as developing new products is expensive and time consuming.A 2D time-dependent thermomechanical model based on Hele Shaw approximations was developed and the co-kneader domain was discretized by finite elements. The numerical problem was solved by finite elements and SUPG stabilized finite elements. This model provides, at every point of the calculation domain, the pressure, throughput vectors, shear rates, viscosity as well as temperature.Simulation results provide pressure and temperature orders of magnitude, as well as information on polymer mixing depending on process parameters. A comparison between the model and experimental trials shows a satisfactory agreement in the filled zones.

Sous le Chili central et l'ouest de l'Argentine (29°-35°S), la plaque océanique Nazca, en subduction sous la plaque continentale Amérique du Sud, change radicalement de géométrie : inclinée à 30°, puis horizontale, engendrée par la subduction de la chaine de volcans de Juan Fernandez. Le but de mon étude est d'évaluer, la variation de nature et de propriétés physiques de la lithosphère chevauchante entre ces deux régions afin de mieux comprendre (1) sa structure profonde et (2) les liens entre les déformations observées en surface et en profondeur. Pour répondre à cette thématique, j'utilise une approche originale couplant la sismologie, la thermométrie, et la pétrologie. Je montre ainsi des images 3-D de tomographie sismique les plus complètes de cette région par rapport aux études précédentes, qui intègrent (1) de nombreuses données sismiques provenant de plusieurs catalogues, (2) un réseau de stations sismiques plus dense permettant de mieux imager la zone de subduction. J'apporte la preuve que la plaque en subduction se déshydrate dans deux régions distinctes : (1) le coin mantellique, et (2) le long de la ride subduite avant que celle-ci ne replonge plus profondément dans le manteau. La croûte continentale au-dessus du flat slab possède des propriétés sismiques très hétérogènes en relation avec des structures de déformation profondes et des domaines géologiques spécifiques. La croûte chevauchante d'avant-arc, au-dessus du flat slab, est décrite par des propriétés sismiques inhabituelles, liées à la géométrie particulière du slab en profondeur, et/ou liées aux effets du séisme de 1997 de Punitaqui (Mw 7.1). Mes résultats, confirmant les études antérieures, montrent que : - le bloc Cuyania situé plus à l'est, dans la zone d'arrière-arc est plus mafique et contient une croûte inférieure éclogitisée ; quant à, la croûte continentale inférieure sous l'arc Andin, est épaisse et non-éclogitisée, décrivant surement le bloc felsique de Chilenia.

Afin de répondre aux besoins du marché de l’acier, le procédé de cokéfaction du charbon doit s’adapter. Cependant, changer les paramètres de cokéfaction du charbon, tels que la température du four, le temps de cuisson ou la composition de la pâte à coke enfournée, peut générer un endommagement prématuré de la maçonnerie des fours. En effet, la transformation du charbon en coke s’accompagne d’une poussée sur les parois du four fortement dépendantes d’un grand nombre de paramètres. Afin d’anticiper ce problème, un projet européen nommé « Swelling PRessure In a coke oven, Transmission on oven walls and COnsequences on wall » a été mis en place. Cette thèse s’inscrit dans ce programme et vise à déterminer la poussée maximale pouvant être admise par un piédroit de cokerie lors de la pyrolyse du charbon. Pour modéliser ces structures composées de plusieurs centaines de milliers de briques, le point de vue macroscopique est le plus approprié. La maçonnerie est remplacée par un matériau homogène équivalent dont le comportement varie en fonction de l’état d’endommagement de la maçonnerie, ramené localement à un état d’ouverture des joints de mortier. Afin de détecter ces ouvertures, un critère de type Mohr-Coulomb en contraintes est utilisé. Il repose sur la comparaison des limites à rupture d’un sandwich brique-Mortier déterminé expérimentalement à haute température avec les contraintes mésoscopiques issues de la simulation. Un protocole expérimental novateur a été développé pour caractériser la tenue en traction du sandwich brique / mortier / brique jusqu’à 1000°C. Les limites à rupture issues de cet essai de traction directe ont été comparées à celles obtenues par des essais de fendage réalisés à l’université de Leoben. Les résultats sont concordants et confirment l’importance de l’état de surface avant maçonnage. Selon l’état d’endommagement considéré, les contraintes mésoscopiques sont obtenues grâce à un tenseur de localisation ou grâce à une sous-Structuration. Cette étape de sous-Structuration consiste à simuler localement une cellule à l’échelle mésoscopique en lui appliquant le champ de déplacement macroscopique obtenu grâce à la simulation. L’outil numérique a été validé par confrontation avec un cas test de référence. Pour finir, l’outil numérique développé a été utilisé pour caractériser l’influence de différents paramètres tels que la prise en compte de la thermique, la mise en compression de la structure…. Enfin, la simulation de cuissons sur des piédroits complets (sains ou initialement endommagés) a été réalisée. L’importance de l’endommagement initial est clairement soulignée par les résultats. Enfin, un nouveau modèle, appelé « deux carneaux avec poutres», est proposé pour réduire le coût de calcul. Plus complet que le modèle « deux carneaux » utilisé au CPM, il donne accès à de très bons résultats pour un coût nettement moindre que celui du piédroit complet avec homogénéisation et sous-Structuration. / To face coke and steel market requirements, the coking process has to be more flexible. Changing process parameters such as coking temperature, blend composition and cooking time can damaged coke oven battery heating wall. Indeed, the coking process generates a swelling pressure on wall which depends on a lot of parameters. To study this point, a European project named « Swelling PRessure In a coke oven, Transmission on oven walls and COnsequences on wall » has been set up. This work is a part of it and aims to determine the admissible pushing pressure for the coke oven heating walls to prevent crack formation. To model large masonries composed of numerous bricks, a mesoscopic point of view is more appropriate. Bricks and mortar are replaced by a Homogeneous Equivalent Material (HEM) whose behaviour depends on the joint state. In order to represent joint opening mechanism, a Mohr-Coulomb criterion in stress is used. This criterion compares the level of stress to the ultimate tensile or shear stress at mesoscopic scale. Ultimate stresses are obtained thanks to an experimental campaign using a new protocol developed at PRISME Laboratory. The brick-Mortar behaviour is experimentally characterised at high temperature (20°C to 1000°C). To validate the tensile test developed, a second experimental campaign using “wedge splitting tests” has been done at Leoben University. Results are similar and confirm the importance of the brick surface state. Depending on the initial damage of the structures, mesoscopic stresses are obtained by localization tensor or by sub-Modelling. The sub-Modelling step aims to simulate a local part of the masonry at the mesoscopic scale. This step aims to simulate with a mesoscopic point of view a local part of the global model. This numerical tool has been validated thanks to a literature test. Finally, the numerical tool has been used to characterise the influence of some parameters (thermal, force due to the cross tie rod,..). Next, the simulation of the whole coke oven heating wall has been performed (undamaged or initially damaged masonry). These FE simulations show the influence of initial damage on the final masonry damage. Finally, a two flues model with beams is proposed to take into account compression due to cross tie rod and to limit computational cost. It permits to obtain better results than the existing two flues model used at CPM with a lower cost compared to the whole coke oven heating wall model.

Sous le Chili central et l’ouest de l'Argentine (29°-35°S), la plaque océanique Nazca, en subduction sous la plaque continentale Amérique du Sud, change radicalement de géométrie : inclinée à 30°, puis horizontale, engendrée par la subduction de la chaine de volcans de Juan Fernandez. Le but de mon étude est d'évaluer, la variation de nature et de propriétés physiques de la lithosphère chevauchante entre ces deux régions afin de mieux comprendre (1) sa structure profonde et (2) les liens entre les déformations observées en surface et en profondeur. Pour répondre à cette thématique, j’utilise une approche originale couplant la sismologie, la thermométrie, et la pétrologie. Je montre ainsi des images 3-D de tomographie sismique les plus complètes de cette région par rapport aux études précédentes, qui intègrent (1) de nombreuses données sismiques provenant de plusieurs catalogues, (2) un réseau de stations sismiques plus dense permettant de mieux imager la zone de subduction. J’apporte la preuve que la plaque en subduction se déshydrate dans deux régions distinctes : (1) le coin mantellique, et (2) le long de la ride subduite avant que celle-ci ne replonge plus profondément dans le manteau. La croûte continentale au-dessus du flat slab possède des propriétés sismiques très hétérogènes en relation avec des structures de déformation profondes et des domaines géologiques spécifiques. La croûte chevauchante d’avant-arc, au-dessus du flat slab, est décrite par des propriétés sismiques inhabituelles, liées à la géométrie particulière du slab en profondeur, et/ou liées aux effets du séisme de 1997 de Punitaqui (Mw 7.1). Mes résultats, confirmant les études antérieures, montrent que : - le bloc Cuyania situé plus à l’est, dans la zone d’arrière-arc est plus mafique et contient une croûte inférieure éclogitisée ; quant à, la croûte continentale inférieure sous l’arc Andin, est épaisse et non-éclogitisée, décrivant surement le bloc felsique de Chilenia. / Beneath central Chile and western Argentina, the oceanic Nazca slab drastically changes geometry from horizontal to dipping at an angle of 30°, and correlates with the subduction of the Juan Fernandez seamount ridge. The aim of our study is to assess, using a thermo-petrological-seismological approach, the differences of the overriding lithosphere between these two regions, in order to better understand the deep structure of the continental lithosphere above the flat slab, and the links between the deformations at the surface and at depth. We show the most complete regional 3-D seismic tomography images of this region, whereby, in comparison to previous studies, we use (1) a much larger seismic dataset compiled from several short-term seismic catalogs, (2) a much denser seismic station network which enables us to resolve better the subduction zone. We show significant seismic differences between the flat and normal subduction zones. As expected, the flat slab region is impacted by colder temperatures, and therefore by faster seismic velocities and more intense seismic activity, compared to the normal slab region. We show evidence that the flat slab dehydrates within the mantle wedge, but also along the subducting ridge prior to re-subducting. The forearc crust above the flat slab is described by unusual seismic properties, correlated to the slab geometry at depth, and/or, to the aftershock effects of the 1997 Mw 7.1 Punitaqui earthquake which occurred two years before the recording of our events. The continental crust above the flat slab has very heterogeneous seismic properties which correlate with important deformation structures and geological terranes at the surface. We confirm previous studies that have shown that the thick lower crust of the present day Andean arc is non-eclogitized and maybe representing the felsic Chilenia terrane, whereas to the east, the Cuyania terrane in the backarc is more mafic and contains an eclogitized lower crust.