La subsidence verticale associée aux majeurs systèmes de drainage continentaux actifs est souvent étudiée en dehors de toute considération géomorphologique et géophysique. Nous allons explorer les relations entre la dynamique mantellique et les systèmes fluviaux actifs. En utilisant les bases de données et les compilations existantes, notamment le modèle crustal global CRUST 2.0, nous quantifierons grâce à une approche simple par itérations ce qui est communément appelé la subsidence néotectonique anormale (ANTS'). Nous utiliserons des méthodes existantes pour évaluer la configuration crustale isostatique à l'échelle du continent et aussi les corrections à appliquer à la surcharge sédimentaire et à la dénudation à l'échelle du bassin versant. Des paramètres additionnels seront introduits aux corrections précédentes et inclus à (1) la réponse flexurale au flux sédimentaire et à la surcharge sédimentaire au niveau des deltas offshores et (2) la restauration crustale à grande échelle. La focalisation de notre étude sur des bassins continentaux actifs parmi les plus importants à la surface de la terre et sur des fleuves majeurs mets en exergue un pattern d'anomalie négative systématique (ANTS'). L'histoire géomorphologique et néotectonique Pliocène à aujourd'hui de chaque région sera prise en compte dans nos efforts visant à comprendre l'expression de sub-surface des valeurs de subsidence observées. Les signaux de l'ANTS' pour les bassins sélectionnés seront de plus considérés du point de vue des observables géophysiques et de prédictions des modèles géodynamiques. A travers la mise en application de deux nouvelles approches de la modélisation simple de l'hydrologie à l'échelle d'un bassin, nous établirons une connexion de premier ordre entre les caractéristiques de sub-surface à l'échelle du bassin et les processus des enveloppes profondes. Nous intégrerons donc les systèmes classiques d'étude des sédiments récents dans une approche géodynamique contextuelle : les relations proposées dans cette étude suggèrent que l'évaluation à la fois des processus géologiques et de l'évolution du système Terre doit être approchée en intégrant finement les relations entre les processus de surface et les processus internes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : subsidence vertical, réponse flexurale, dynamique mantellique, l'hydrologie, bassin

CLIC est un des projets actuels de construction d'un collisionneur linéaire de haute énergie. La taille verticale des faisceaux de 0,7nm lors de la collision et le mouvement rapide du sol de quelques nanomètres imposent une stabilisation active des doublets finaux au cinquième de nanomètre au-dessus de 4Hz.<br />La majorité de mon travail a porté sur l'étude des vibrations et de la stabilisation active de poutres en porte-à-faux et élancées afin de représenter les doublets finaux de CLIC.<br />Dans une première partie, les performances mesurées de différents types de capteurs de vibration associés à une instrumentation appropriée ont montré que des mesures précises du mouvement du sol sont possibles de 0,1Hz jusqu'à 2000Hz sur un site calme. Egalement, des capteurs électrochimiques répondant à priori au cahier des charges de CLIC peuvent être incorporés dans la stabilisation active au cinquième de nanomètre.<br />Dans une deuxième partie, une étude expérimentale et numérique des vibrations d'une poutre a permis de valider l'efficacité de la prédiction numérique incorporée par la suite dans la simulation de la stabilisation active. Egalement, une étude de l'impact du mouvement du sol et du bruit acoustique sur les vibrations d'une poutre a montré qu'une stabilisation active est nécessaire jusqu'à au moins 1000Hz.<br />Dans une troisième partie, les résultats sur la stabilisation active d'une poutre à ses deux premières résonances sont montrés jusqu'à des amplitudes d'un dixième de nanomètre au-dessus de 4Hz en utilisant en parallèle un système commercial réalisant une stabilisation passive et active de l'encastrement.<br />La dernière partie a porté sur une étude d'un support pour les doublets finaux d'un prototype d'un collisionneur linéaire en phase de finalisation, le prototype ATF2. Ce travail a montré que le mouvement relatif entre ce support et le sol est en-dessous des tolérances imposées (6nm au-dessus de 0,1Hz) avec des conditions aux limites appropriées.

L'instabilité des cavités souterraines (mines, carrières, tunnels,...) peut induire les mouvements de terrains d'amplitude suffisante pour endommager les bâtiments et les infrastructures en surface. Les méthodes traditionnelles, utilisées dans les pratiques d'ingénieur pour prévoir les déformations dans les structures, sont basées sur les caractéristiques des mouvements de terrain en condition de terrain vierge sans prendre en compte l'effet de la présence des structures en surface. L'objectif de cette thèse est de prédire les déformations des ouvrages en tenant compte de l'influence de l'interaction sol-structure, d'une part ; et d'évaluer la performance d'une solution de protection (tranchée périphérique), d'autre part. Cela a été achevé par la réalisation d'études paramétriques utilisant deux approches complémentaires : une approche expérimentale à l'aide d'un modèle réduit physique 3D sous gravité normale et une modélisation numérique 3D par la méthode des éléments finis. En particulier l'effet d'un certain nombre de paramètres géométriques et mécaniques a pu être investigué dans l'étude de l'interaction sol-structure : la position de la structure par rapport à la cuvette d'affaissement, le poids de la structure et la raideur relative entre le sol et la structure. Concernant l'étude de l'efficacité de tranchées périphériques, l'effet de la position de la structure, de la position de la tranchée vis-à-vis de la structure et de la rigidité de la tranchée a été analysé. Les résultats obtenus ont abouti à une meilleure compréhension du problème d'interaction sol-structure et ont montré l'importance de cet effet qui doit être pris en compte dans l'évaluation de la vulnérabilité du bâti. Le transfert des mouvements du sol à la structure est faible (moins de 2,5%), dans le cas modélisé : structure rigide et interface glissante. Les différents résultats ont permis par ailleurs de mettre en évidence l'efficacité de la tranchée périphérique pour réduire les sollicitations affectant les structures. La tranchée doit être remplie avec un matériau très déformable et surtout placée à une distance de l'ordre d'un mètre de la structure.

Ce travail s'inscrit dans la continuité des travaux de recherche menés au laboratoire Géoressources (Ecole des Mines de Nancy) et à l'INERIS depuis plusieurs années. Il concerne l’évaluation de la vulnérabilité des ouvrages situés dans des zones de mouvement de terrains d’origine naturelle ou anthropique. L’objectif de la thèse est de développer un modèle analytique permettant l’évaluation du tassement différentiel d’un ouvrage soumis à un mouvement de terrain et de calculer le taux de transmission de ces mouvements en fonction de la rigidité relative de l’ouvrage. Le modèle d’interaction sol-structure développé, tient compte de l’influence des contraintes de cisaillement dans le bâti et le terrain et d’un comportement poste-rupture du sol grâce à l’introduction d’une limite de plasticité. Le sol a été modélisé par les éléments de Pasternak afin de prendre en compte l'influence des déformations de cisaillement dans le sol, alors que le bâtiment est modélisé par la poutre d'Euler-Bernoulli et par la poutre de Timoshenko. L’existence potentielle d’un vide (décollement) sous le bâtiment a également été prise en compte dans le modèle analytique développé. Le taux de transmission des mouvements en champ libre du terrain au bâtiment a été calculé et présenté en fonction de la rigidité relative en flexion du bâtiment par rapport au terrain. Pour valider le développement entrepris, les résultats du modèle analytique ont été comparés aux résultats de modèles existants, analytiques, numériques et expérimentaux développés principalement par l'Université de Cambridge. Les résultats obtenus sont très satisfaisants et permettant de confirmer la robustesse du modèle analytique développé / This work is a continuation of the research work conducted in the Géoressources Laboratory and INERIS since several years. It concerns the assessment of the vulnerability of masonry structures influenced by natural or induced ground movements. The origins of the movement are may be, mining subsidence, tunneling, and shrinkage-swelling of clayed ground. The objective of the thesis is to develop an analytical model to evaluate the differential settlement of a structure in relation to the free field ground movement and given a set of phenomena: soil-structure interaction, influence of shear deformations in the structure and the ground, influence of non- linearities induced by the ground yielding. The soil was modeled by Pasternak elements to take into account the influence of shear deformations in the soil, while the building is modeled by the Euler-Bernoulli beam and by the beam of Timoshenko. The possibility of having a gap under the building was also taken into account. The deflection transmission ratio is then calculated and plotted according to are lative stiffness ratio which depend on both the structure and the soil stiffness A numerical model is also developed and results are compared with those of the analytical model. Other results of several numerical and experimental models principally developed at the University of Cambridge are also used for this comparison. Results show significant consistence between all these results. This demonstrates the significance of the analytical soil-structure model developed in this thesis

L’instabilité des cavités souterraines (mines, carrières, tunnels,…) peut induire les mouvements de terrains d’amplitude suffisante pour endommager les bâtiments et les infrastructures en surface. Les méthodes traditionnelles, utilisées dans les pratiques d’ingénieur pour prévoir les déformations dans les structures, sont basées sur les caractéristiques des mouvements de terrain en condition de terrain vierge sans prendre en compte l’effet de la présence des structures en surface. L’objectif de cette thèse est de prédire les déformations des ouvrages en tenant compte de l’influence de l’interaction sol-structure, d’une part ; et d’évaluer la performance d’une solution de protection (tranchée périphérique), d’autre part. Cela a été achevé par la réalisation d’études paramétriques utilisant deux approches complémentaires : une approche expérimentale à l’aide d’un modèle réduit physique 3D sous gravité normale et une modélisation numérique 3D par la méthode des éléments finis. En particulier l’effet d’un certain nombre de paramètres géométriques et mécaniques a pu être investigué dans l’étude de l’interaction sol-structure : la position de la structure par rapport à la cuvette d’affaissement, le poids de la structure et la raideur relative entre le sol et la structure. Concernant l’étude de l’efficacité de tranchées périphériques, l’effet de la position de la structure, de la position de la tranchée vis-à-vis de la structure et de la rigidité de la tranchée a été analysé. Les résultats obtenus ont abouti à une meilleure compréhension du problème d’interaction sol-structure et ont montré l’importance de cet effet qui doit être pris en compte dans l’évaluation de la vulnérabilité du bâti. Le transfert des mouvements du sol à la structure est faible (moins de 2,5%), dans le cas modélisé : structure rigide et interface glissante. Les différents résultats ont permis par ailleurs de mettre en évidence l’efficacité de la tranchée périphérique pour réduire les sollicitations affectant les structures. La tranchée doit être remplie avec un matériau très déformable et surtout placée à une distance de l’ordre d’un mètre de la structure. / The instability of underground cavities due to mining or tunneling activities can induce surface ground movements which damage overlying buildings and infrastructures. The conventional design methods, used in engineering practices to assess the structure’s deformations, are based on greendfield ground movements without taking into account the effect of the surface structure. The objective of this thesis is to predict the building deformations by taking the in-fluence of the soil-structure interaction into consideration, and to evaluate the performance of a mitigation technique (peripheral trench). This has been achieved by performing parametric studies using both the experimental approach by means of a 3D small-scale physical model under earth gravity condition and the 3D finite element numerical modeling. In particular the effect of building position, building weight, and relative stiffness of building and underlying soil has been investigated in the soil-structure interaction study. Concerning the trench effectiveness analysis, the effect of building position, trench position relatively to the building, and the trench stiffness has been investigated. The results of these investigations have led to a better understanding of the soil-structure interaction problem and have pointed out the importance of this effect which should be taken into account for building damage assessment. The transfer of ground movements to the buildings is low (less than 2.5%) for the modeled case: stiff structure and sliding contact. In addition, the results have proved the effectiveness of the peripheral trench to reduce the ground movements affecting the buildings. The trench should be filled with a very deformable material and located at a distance of around one meter from the building.

La topographie de la surface peut générer une amplification du mouvement du sol sous sollicitation sismique. La prédiction du coefficient d'amplification topographique par stratégie numérique donne de bons résultats qualitatifs mais les coefficients simulés sous-estiment les coefficients observés. Cette thèse propose une méthodologie pour caractériser objectivement l'effet de site topographique. Nous identifions plusieurs facteurs à l'origine de la disparité entre coefficients simulés et observés. (1) Les hypothèses des méthodes employées pour estimer le coefficient d'amplification sont difficilement vérifiables en milieu montagneux notamment la notion de site de référence. Nous proposons d'utiliser une approche statistique des rapports spectraux dont les hypothèses sont vérifiées lorsqu'elle est appliquée sur des reliefs. (2) L'usage de la 3D permet de représenter la complexité tridimensionnelle du relief. Les amplifications calculées sur ces modèles 3D sont ponctuellement plus élevées que sur les modèles 2D. (3) La distribution spatiale et fréquentielle de l'amplification topographique dépend de la configuration de la source par rapport au massif. Il est nécessaire de modéliser toutes les sources potentielles au site étudié pour définir la probabilité d'occurrence de l'effet de site topographique. (4) La structure interne du massif peut aggraver l'amplification sommitale. Nous abordons l'imagerie du massif par une expérience in-situ et proposons un protocole adapté aux dimensions du site étudié. Les outils géophysiques doivent permettre d'élaborer des modèles à une résolution suffisamment élevée pour simuler les effets indissociables de la géologie et de la topographie.