Les matelas fibreux à base de fibres de verre produits par voie humide ont des applications industrielles en tant que séparateur de batterie et matériaux d’isolation (cœur de panneaux d’isolation sous vide). Ces matériaux utilisent principalement des fibres submicroniques, relativement chères et pouvant présenter des risques pour la santé. Ce projet est une contribution à l'élaboration d'un procédé de fabrication par voie humide de matelas de fibres de verre visant à valoriser des fibres plus grossières, le produit final devant respecter un cahier des charges précis. Nous avons été amenés à étudier le comportement des fibres de verre dans les différentes étapes du procédé et à caractériser les matelas résultants. Nous nous sommes intéressés en particulier au comportement physico-chimique des suspensions aqueuses de fibres de verre. Nous avons caractérisé les propriétés de contexture, la résistance mécanique en traction, la compressibilité et la conductivité thermique des matelas fibreux. Les travaux expérimentaux nous ont permis de proposer une formulation de la composition optimisée et des conditions opératoires du procédé afin que le matelas final soit conforme au cahier des charges. Cette nouvelle composition intègre des fibres de renfort en faible quantité. Elle permet d’améliorer les caractéristiques mécaniques sans affecter les autres propriétés.Enfin, nous avons quantifié les coûts de production et les avons comparés à ceux du procédé actuellement utilisé avec des fibres grossières (production par voie sèche).Mots-clés : Génie papetier, physico-chimie, milieu poreux, fibres de verre, caractérisation. / Glass fibre - based mats produced by a wetlaid process have industrial applications as a battery separator and insulation materials (core of vacuum insulation panels). These materials are mainly made with sub-micron fibres which relatively expensive and can present a risk to health. This project is a contribution to the production of glass fibre-based mats by a wet-laid process to add value to coarser fibres, the final product should respect precise specifications. We have been led to study the behavior of glass fibers in different stages of the process and to characterize the resulting mats. We investigated especially the physico-chemical behavior of aqueous suspensions of glass fiber. We have characterized structure properties, the mechanical resistance to traction, the compressibility and the thermal conductivity of fibrous mats. The experimental work has allowed us to give a formulation of the optimized composition and operational conditions of the process so that the final mattress conforms to the specifications. This new composition includes reinforcement fibres in small quantities. It allows improving the mechanical characteristics without affecting the other properties. Finally, we quantified the production costs and compared them to those of the process currently used with coarse fiber (dry-laid production).Keywords: Paper engineering, physical chemistry, porous media, glass fibre, characterization.

La cataclase est un processus de déformation efficace en termes de réduction de porosité et de perméabilité dans les grès poreux, constituant des aquifères et réservoirs d’hydrocarbures classiques. Un enjeu majeur concernant la déformation dans les grès consiste à identifier les processus contrôlant l’évolution des structures cataclastiques et reconnaitre les paramètres influençant l’expression de la déformation à l’échelle microscopique et à l’échelle du bassin.Dans cette étude, nous nous concentrons sur l’analyse structurale des amas (« clusters ») de bande de déformation cataclastiques afin de considérer une déformation suffisamment localisée représentant un potentiel rôle de barrière sur les fluides. Nous choisissons sept sites d’étude présentant des clusters formés en tectonique extensive et contractive, dans différent régimes Andersoniens, à différentes profondeurs d’enfouissement, et dans des grès aux lithologies variées. Nous utilisons une approche analytique afin d’estimer l’évolution de l’état de contrainte des grès jusqu’à la déformation. L’utilisation de modèles numériques permet d’analyser l’influence de certains paramètres physiques sur la structuration de la déformation.Nous montrons que la position de l’enveloppe de rupture du grès (dépendant de sa lithologie) semble déterminer la morphologie de la déformation. D’autre part, les clusters formés en régimes Andersoniens normal, décrochant et inverse semblent respectivement couramment se former sur la même partie de l’enveloppe.Les clusters formés en régime normal montrent des épaisseurs fines à moyennes, des densités de bande importantes et forment, avec d’autres clusters, des réseaux d’échelle kilométrique souvent localisés à proximité d’une faille majeure. Ils représentent une barrière potentielle pour les fluides. Les clusters formés en régime décrochant ont des épaisseurs et des densités de band moyennes. Parce qu’ils semblent éparses, ces clusters ne forment probablement aucun frein pour les fluides. Les clusters formés en régime inverse ont des épaisseurs et des densités de bande moyennes si la rupture est atteinte sur la partie fragile de l’enveloppe. Ils semblent potentiellement plus épais avec des densités de bands faibles voire deviennent de simples réseaux de bandes distribuées si l’enveloppe de rupture est atteinte sur sa partie ductile. Parce qu’ils sont courts et éparses, ces clusters ne représentent pas de frein pour les fluides.Nous relions le développement des clusters et leur morphologie à l’agencement microscopique des clasts dans le matériel déformé. La faible compaction du matériel déformé des clusters créés en régimes normal et décrochant semble être à l’origine de l’étroite localisation des bandes à cause de la présence de plans de faiblesse dans le matériel déformé. Pour le même degré de déformation, la compaction plus élevée du matériel en régime inverse favoriserait la distribution des bandes.Le passage à la faille tel qu’observé dans les clusters en régime normal est permis par la présence entre les grès de niveaux incluant des minéraux fragiles. Ces niveaux permettent l’initiation et la propagation d’une surface de glissement majeure dans les grès adjacents. L’initiation d’une faille est aussi favorisée lorsque des grès poreux sont juxtaposés contre une lithologie indurée.Notre étude montre que la cimentation de quartz des parties les plus déformées des clusters est fréquente, même dans le cas de clusters ayant été enfouis à des profondeurs inférieures à 800 m. Cette cimentation est catalysée par l’intense degré de cataclase, semble être précipitée par « self-healing » et altère les propriétés pétrophysiques des clusters. / Deformation through cataclasis, which corresponds to grain crushing, is an effective process of porosity and permeability reduction in porous sandstones, classical aquifers and hydrocarbon reservoirs at depth. A major stake concerning the deformation in sandstone is to understand what processes govern the growth of the cataclastic structures and to recognize what parameters influence the expression of the deformation at microscopic scale and at basin scale.In this study, we focus on the analysis of cataclastic deformation band clusters in order to consider a significantly concentrated deformation regarding the potential of fluid flow baffling. We select seven study sites presenting clusters formed in extensional and contractional tectonics, under different Andersonian regimes, at various burial depths and in sandstones of varying lithologies. To complement the structural analysis, we use an analytical approach to estimate the stress-state evolution of the sandstones leading to deformation. Numerical modeling allows the analysis of the influence of physical parameters on the structuring of the deformation.We show that the position of failure along the failure envelope of the sandstone (which depends on its lithology) seems to determine the morphology of deformation. On the other hand, normal, strike-slip and thrust Andersonian regime clusters respectively seem to form frequently on the same part of the envelope.Normal regime clusters (favorably formed in extensional tectonics) have thin to medium thickness, with high band density and form, with other clusters, networks of km-scale length - often localized near a major fault. They are likely to baffle fluid flow. Strike-slip regime clusters (favorably formed in contractional tectonics) have medium thickness with medium band densities. Due to their sparseness, they seem unlikely to form a baffle for fluids. Thrust regime clusters (favorably formed in contractional tectonics) have medium thickness and medium band density if failure is attained on the brittle part of the envelope. They seem potentially thicker, with low band density and tend to form arrays of deformation bands if failure is attained on the cap of the envelope. Because they are short and sparse, they do not represent an effective baffle for fluid flow.We relate the process of cluster growth and their resulting morphology to the microscopic arrangement of the clasts in the deformed material. The minor compaction in the deformed material of normal and strike-slip regime clusters seems to be at the origin of the dense localization of the bands through the presence of weaker planes in the deformed material. For the same degree of deformation, the more compacted material in thrust regime clusters would favor the distribution of the bands.Faulting of normal regime clusters is enhanced by the presence of layers including weak minerals between the sandstones. These weak layers are responsible for the initiation and propagation of major slip-surfaces in the adjacent sandstone from small displacements. The initiation of major slip-surfaces is also favored when porous sandstone is juxtaposed with a hard lithology.We find that the quartz cementation of the most deformed parts of the clusters is common, even in clusters that were never buried below 800 m. This cementation is promoted by an intense degree of cataclasis, seems to form by “self-healing”, and may reduce the petrophysical properties of clusters.

La cristallisation d'un sel initialement dissous dans l'eau contenue dans des matériaux poreux tels que les ciments, béton, mortiers, briques, ..., est une cause majeure de dégradations intervenant dans les constructions et dans certains éléments de notre patrimoine culturel (monuments, murs, sculptures, fresques, ...). Les sels cristallisés à la surface du milieu poreux (efflorescence) n'affectent pas généralement la durabilité de l'ouvrage mais pose un réel problème esthétique pour les façades des bâtiments. Dans le cas d'une cristallisation interne au milieu, les contraintes exercées sur la matrice solide peuvent endommager l'ouvrage allant jusqu'à l'apparition de fissures. Dans ce contexte, le présent travail porte sur l'évaporation avec cristallisation de sel en milieu granulaire et plus précisément sur l'étude de la localisation des cristaux et des déplacements mécaniques induits. La première partie de cette thèse porte sur l'étude des facteurs contrôlant la localisation des cristaux à la surface d'un milieu hétérogène et s'appuie sur l'identification de deux situations de base. Dans la première situation dite de mèche, le milieu poreux est en contact permanent avec une solution saline qui l'alimente à sa base. Cette situation peut correspondre à des parties basses de murs ou d'ouvrages, lorsque le matériau est proche de l'eau des sols. La deuxième situation dite de séchage peut correspondre à des matériaux situés suffisamment en hauteur dans un mur ou un ouvrage. Contrairement au cas de la situation de mèche, le milieu poreux n'est pas alimenté en solution quand l'évaporation se produit. Ces deux situations conduisent à des localisations exactement opposées: à la surface du milieu grossier en séchage, à la surface du milieu fin pour la situation de mèche. Dans le cas de la situation de mèche, la modélisation proposée montre que la structure de l'écoulement joue un rôle clé dans la localisation de la cristallisation alors que pour la situation de séchage, la désaturation préférentielle du milieu grossier est un effet dominant. Concernant la colonisation de la totalité de la surface du milieu poreux par l'efflorescence, l'étude suggère qu'il existe une vitesse d'évaporation critique au regard de laquelle ce phénomène apparait. La deuxième partie de la thèse est dédiée au phénomène de surrection de surface (" surface heave ") à l'aide d'expériences au sein de cellules quasi bidimensionnelles de type Hele Shaw complétés par des expériences en milieu granulaire confiné au sein de tubes cylindriques. Un modèle de croissance de la subflorescence est proposé dans lequel la loi de croissance de la subflorescence est contrôlée par l'évaporation. Ce modèle prédit une très légère sursaturation en haut de la subflorescence compatible avec l'existence d'une pression de cristallisation. Ce modèle permet d'identifier deux régimes principaux de déplacement: un régime dit de désaturation de la subflorescence et un régime de colmatage. Des expressions simples sont proposées pour estimer la croissance de la subflorescence et donc le déplacement induit. Ces relations permettent de déterminer la sursaturation au sommet de la subflorescence et donc la pression de cristallisation. / The crystallization of salt, initially dissolved in water, from porous materials (like cements, concrete, mortar, bricks) is a major cause of degradation occurring in buildings and in certain elements of our cultural landscape (monuments, walls, sculptures, frescoes,). Salt crystallization at the surface of a porous medium (efflorescence) don't affect structure durability but create an aesthetic problem for building construction. However, when salt crystallization occurs inside the porous media (subflorescence), pressure on the solid matrix can damage structures by cracking. In this context, the present work focuses on evaporation with salt crystallization in a granular medium and in particular on the locus of crystals and induced mechanical displacements. The first part of this thesis focuses on the study of the factors controlling the localization of crystals atthe surface of an heterogeneous medium. This study is based on the identification of two basic situations of evaporation. In the first so-called evaporation wicking situation, the porous medium is in contact at its bottom with an aqueous solution and the medium remains fully saturated by the solution during evaporation. This situation may correspond to lower parts of walls or structures, when the material is close to the ground water. The second so-called drying situation can correspond to materials located sufficiently high in a wall or a structure. Contrary to the case of wicking situation, the porous medium isn't supplied with a saline solution when evaporation occurs. These two situations lead to a markedly different locus of the efflorescence formation: on the surface of the coarse medium in drying situation and on the surface of the fine medium for the wicking situation. The study emphasizes the key-role of the velocity field induced in the porous domain in the case of the evaporation-wicking situation. In the case of the drying situation, a key aspect lies in the local increase in the ion mass fraction due to the local desaturation, i.e. the local shrinking of the liquid volume containing the ions. Regarding the colonization of the entire surface of the porous medium by efflorescence, the study suggests that there is a critical evaporation rate against which this phenomenon appears. The second part of the thesis deals with the study of surface heave phenomena using experiments in quasi-two-dimensional Hele-Shaw cell supplemented by experiments in a confined granular medium of cylindrical tubes. A growth model of subflorescence is proposed in which the growing subflorescence is controlled by evaporation and not by the precipitation of salt. This model predicts a very slight supersaturation on the top of the subflorescence compatible with the existence of a crystallization pressure. This model makes it possible to identify two main regimes of displacement: a regime known as desaturation of the subflorescence and a clogging regime. Simple expressions are proposed to estimate the growth of subflorescence and thus the induced displacement. These relationships make it possible to determine the supersaturation at the top of the subflorescence and therefore the crystallization pressure.

Cette étude est destinée à améliorer la compréhension des caractéristiques structurales, pétrophysiques et mécaniques des bandes de déformation dans les grès poreux ainsi que de leur rôle potentiel sur la migration ou le piégeage des fluides en milieu réservoir. L'analyse structurale et pétrophysique des réseaux de bandes de Provence montre que leur perméabilité découle principalement de l'intensité de la cataclase dans leur microstructure et des processus diagénétiques qui peuvent s'y localiser avec la profondeur. L'analyse régionale de ces réseaux de bandes souligne l'influence majeure du régime tectonique sur leur distribution, leur organisation et leur perméabilité. Les bandes associées au régime normal (cataclactiques et peu perméables) sont localisées autour des failles cartographiques, tandis que les bandes associées au régime inverse (modérement cataclastiques et perméables) sont distribuées dans toute la région. Les bandes inverses sont fortement cataclastiques et imperméables uniquement autour du chevauchement de Roquemaure ce qui montre le rôle potentiel de la présence de grande faille sur les caractéristiques structurales et pétrophysiques de ces bandes. D'autre part, cette analyse suggère que la granulométrie de l'encaissant peut influencer l'initiation et l'organisation des réseaux. L'analyse mécanique des bandes de déformation a ensuite été réalisée à partir des résultats obtenus en Provence. L'enveloppe de plasticité de ces matériaux est calculée à l'aide d'une solution analytique. Les essais triaxiaux menés sur le grès de la carrière de l'Etang (orange) confirment la forme de ces enveloppes estimées théoriquement. Les essais réalisés sur les sables de Boncavaï (Uchaux) montrent que la taille des grains, le tri et de la compaction dans ces matériaux peu lithifiés influent sur leurs enveloppes de plasticité et la localisation des bandes cataclastiques à faibles profondeurs. Les trajets de contraintes sont estimés pour les phases d'enfouissement et de chargement tectonique (extension et compression) à partir de la relation entre contrainte principale et contraintes secondaires (K0), calibrée à partir de données de forage. Ces résultats sont intégrés à un modèle permettant d'estimer la nature et les caractéristiques structurales des bandes susceptibles de se former dans un contexte géologique donné. Un modèle structural, mécanique et pétrophysique a été établir à partir de ces différents résultats. Ce modèle est calibré à partir des données de perméabilité mesurées sur les bandes de Provence et des résultats du modèle mécanique de localisation cité précédemment. Ce modèle a ensuite été confronté à une synthèse des données de perméabilité disponibles dans la littérature et confirme l'influence des différents paramètres de contrôle pris en compte dans le modèle. Ce modèle a enfin pu être appliqué sur deux sites d'explorations/exploitations d'uranium en réservoir gréseux poreux et validé par les résultats obtenus, en concordance avec les observations de terrain. / This study is designed to improve the understanding of structural, mechanical and petrophysical characteristics of deformation bands in porous sandstone such as their potential influence on fluid storage or migration in reservoir setting. Structural and petrophysical analysis of band networks from Provence show that permeability of band is mainly controlled by the degree of cataclasis and diagenetic processes at depth. Map-scale analysis of band networks underlines the major influence of tectonic regime on band distribution, organization and permeability. Band associated to normal-fault regime (cataclasis and low-permeability) are located around map-sclae-fault whereas band associated to thurst-fault regime (moderate cataclasis and permeability) are pervasively distributed in all the area. Reverse-sense band are cataclastic and low-permeabiilty around the Roquemaure thrust, which show the potential role of large-scale fault on structural and petrophysical characteristics of bands. This analysis also shows the influence of fault propagation on formation of low permeability catacastic bands. This analysis suggests also granulometry as factor controlling organization of band networks. A mechanical analysis of deformation bands is realized based on results from Provence. Yield envelopes of these materials are calculated from analytical solution. Triaxial tests done on sandstone (L'Etang quarry, Orange) confirm the shape of yield envelope theoretically calculated. Triaxial tests done on the poorly-lithified sands (Boncavaï quarry, Uchaux) show grain size, sorting and packing influencing yield envelope and cataclastic band localization at shallow burial depth. Stress paths are calculated for burial and tectonic event (extension and contraction) using the relationship between main stress and secondary stresses (K0) calibrated from well data. These different results are integrated into a model which allows to estimate type and structural characteristics of bands susceptible to form for a known geological setting. A structural, mechanical and petrophysical model is established form these results. This model is calibrated by permeability data from deformation bands of Provence and results from the mechanical model of strain localization. This model is also confronted to a synthesis of permeability data from literature, which confirms the influence of the different controlling parameters integrated to the model. This model is applied for two sites of uranium exploration/exploitation in porous sandstone reservoirs and validated by field observations.

Les travaux de thèse gravitent autour de la thématique des matériaux poreux en aéronautique, et de la prise en compte de l'incertitude sur les caractérisations réalisées. Est envisagé l'ajout de matériaux poreux au sein des cavités de liners acoustiques, matériaux constitués d'une plaque perforée et d'une cavité fonctionnant sur le principe du résonateur de Helmholtz et majoritairement utilisés dans l'industrie aéronautique. Cet ajout est réalisé avec pour objectif d'augmenter l'étendue spectrale de l'absorption acoustique de tels matériaux et d'en améliorer le fonctionnement en présence d'un fort niveau sonore et d'un écoulement rasant.Pour répondre à cette problématique générale, deux grandes pistes sont suivies. Plusieurs études sont d'abord menées sur des matériaux poreux seuls, afin de déterminer les propriétés intrinsèques de leur micro-géométrie, nécessaires à l'utilisation des modèles semi-phénoménologiques de fluide équivalent adoptés par la suite. Pour cela, un outil statistique d'inférence Bayésienne est utilisé afin d'extraire l'information sur ces propriétés, contenue dans les signaux réfléchis ou transmis par un matériau poreux, et ce dans trois régimes fréquentiels distincts. De plus, une extension de la modélisation des matériaux poreux rigides est proposée, par l'ajout de deux paramètres intrinsèques reliés au comportement visco-inertiel du fluide intra-pores dans le régime des basses fréquences.Dans un second temps, l'impédance d'un liner, une propriété globale représentant le comportement acoustique de matériaux, est identifiée par inférence Bayésienne. Des données issues d'un benchmark de la NASA sont utilisées pour valider l'outil d'inférence développé, lorsque le matériau est en présence d'un écoulement rasant. Une extension des résultats au cas du banc B2A de l'ONERA est également réalisée, avec des mesures des champs de vitesses au dessus du liner, obtenues par LDV. Cette technique d'identification est par la suite utilisée sur un cas issu du B2A où un matériau poreux est présent au sein des cavités du liner, afin de mettre à jour l'influence du matériau poreux sur la réponse acoustique du liner en présence d'un écoulement rasant. Des mesures complémentaires en tube à impédance, sans écoulement et en incidence normale, sont également réalisées à différents niveaux sonores et pour diverses combinaisons de plaques perforées et de matériaux poreux, de façon à mettre en évidence l'influence de la présence d'un matériau poreux sur le comportement acoustique d'un liner soumis à de forts niveaux sonores. / The present work focuses on porous materials in aeronautics and the uncertainty considerations on the performed identifications. Porous materials are added inside the cavities of acoustic liners, materials formed with perforated plates and cavities, behaving as Helmholtz resonators, which are widely used in the industry. The aim is to increase the frequency range of the absorption spectrum, while improving the behaviour of liners to grazing flow and high sound intensity.This general topic is addressed by following two different leads.Porous materials were first considered in order to identify the intrinsic properties of their micro-geometry, necessary to the equivalent fluid semi-phenomenological models used later on. To achieve this, a statistical Bayesian inference tool is used to extract information on these properties, contained in reflected or transmitted signals, in three distinct frequency regimes. Furthermore, a modelling extension of rigid porous media is introduced, by adding two new intrinsic parameters related to the pore micro-structure and linked to the visco-inertial behaviour of the intra-pore fluid, at low frequencies.Then, the liner impedance, a global property representing the acoustic behaviour of materials, is identified through a Bayesian inference process. Data from a NASA benchmark are used to validate the developed tool, when the liner is subject to a shear grazing flow. An extension of these results to ONERA's B2A aeroacoustic bench is also performed, with measurements of the velocity profiles above the liner, obtained with a Laser Doppler Velocimetry technique. This identification technique is then further used for liner materials filled with porous media, to highlight the eventual influence of such a porous media on the acoustic response of the liner, when subject to a shear grazing flow. Additional measurements are permed without flow, at normal incidence, in a classical impedance tube. Different combinations of perforated plates and porous materials are tested at different sound pressure level, to evaluate the influence of the presence of porous media on the non-linear behaviour of liners when high sound pressure levels are present.

Ce travail a pour but de concevoir des outils d'analyse d'image 3D de matériaux poreux, obtenues par microtomographie à rayons X, afin de caractériser géométriquement la structure micronique des pores et de mettre en évidence le lien entre microgéométrie et propriétés de transport macroscopiques. Partant d'une image segmentée, une séquence complète de traitements (filtrage d'artefacts, squelettisation, LPE, etc.) est proposée pour positionner et délimiter les pores. Une comparaison aux techniques existantes est faite, et une méthodologie qualifiant la robustesse des procédures est présentée. Cette décomposition est utilisée, premièrement pour extraire des descripteurs géométriques de la microstructure porale qui sont examinés en rapport avec la perméabilité intrinsèque ; deuxièmement pour aider à la construction d'un réseau de pores permettant d'effectuer des simulations numériques.

La grande surface développée du silicium poreux fait de lui un hôte potentiel pour l'incorporation de molécules organiques. Les nanocomposites hybrides à base de molécules conjuguées luminescentes pourraient se prêter à des applications en optoélectronique.<br />L'étude comprend deux parties : la première est consacrée à l'étude morphologique et optique des couches minces et des membranes auto-supportées de silicium poreux fabriquées au laboratoire en utilisant la microscopie électronique, l'ellipsométrie spectroscopique et l'absorption. L'analyse microstructurale des couches poreuses par diffusion Raman nous a permis d'estimer la distribution de tailles des nanocristallites via le modèle de confinement des phonons et de confirmer l'absence de porteurs de charges libres. Une étude de Raman polarisé sur des membranes poreuses libres permet de sonder les inhomogénéités de propagation de la lumière dans ce milieu.<br />La seconde partie présente les études concernant l'imprégnation de molécules fluorescentes dans les pores. La photoluminescence donne un moyen de vérifier l'efficacité de l'incorporation de molécule de Rodhamine R6G et son homogénéité. L'excitation sélective permet une approche des transferts d'énergie entre les deux matériaux. La photoluminescence résolue en temps montre que la présence de la R6G crée de nouveaux canaux de désexcitation non radiative.<br />Le THD est incorporé dans des membranes libres rendues organophiles, puis polymérise spontanément in situ en son poly-Diacétylène. La variation angulaire de la photoluminescence et du Raman témoignent de la présence de chaînes de polymères dont le degré d'orientation est compatible avec une croissance le long des pores.

Ce travail porte sur une étude théorique et numérique des structures synchronisées d'un fluide confiné en milieu poreux chauffé par le bas d'une façon inhomogène et soumis à un écoulement horizontal. L'inhomogénéité de la température induit un écoulement stationnaire et faiblement non parallèle dont la stabilité linéaire est étudiée. Les instabilités thermo-convectives sont recherchées sous la forme de modes propres, modulés par un développement WKBJ dans la direction horizontale. Pour les deux configurations génériques présentant un point tournant simple ou double, Il a été démontré que l'existence d'une région d'instabilité locale absolue était nécessaire à l'émergence d'un mode global. Le seuil et la fréquence des oscillations de ce mode global sont déterminés en fonction des nombres sans dimension du problème.<br />La dynamique non linéaire est explorée grâce à une équation de Ginzburg-Landau d'une part, et à la résolution numérique directe bidimensionnelle en méthode spectrale d'autre part. Il a été trouvé que la fréquence obtenue par simulation numérique directe correspond à la fréquence absolue marginale dans le cas d'une configuration avec point tournant double, et à la fréquence absolue imposée par un point tournant simple attaché à l'entrée du milieu. Ce mécanisme de sélection de la fréquence s'avère pertinent, y compris loin du seuil d'instabilité globale marginale. Comme le critère de sélection de la fréquence, l'analyse fine de la distribution spatiale des structures synchronisées montre que les résultats sont en excellent accord avec la théorie des modes globaux non linéaires.<br />Enfin, une comparaison quantitative entre théorie et expérience met en évidence un très bon accord entre les fréquences des structures synchronisées tridimensionnelles prédites et les fréquences mesurées.

La méthode du potentiel spontané est l'une des seules méthodes géophysiques (avec les mesures de température) à être directement sensible aux écoulements en milieu poreux. En effet, un écoulement de fluide en milieu poreux génère un champ électrique qu'il est possible de mesurer en surface (on parle de phénomène électrocinétique). L'objectif de ce travail de thèse est de montrer l'intérêt et l'utilité de cette méthode dans la détection des fuites ainsi que dans l'estimation des débits de fuite au sein des ouvrages hydrauliques que constituent les digues et les barrages. La simplicité de mise en oeuvre de cette méthode permet une investigation rapide des ouvrages hydrauliques et un diagnostic direct de la présence de fuites. Le travail présenté ici met en application cette méthode de potentiel spontané, aussi bien sur des ouvrages longs (les digues) que sur des ouvrages plus petits en termes d'extension horizontale (les barrages). Dans le cadre de ce travail, différentes investigations ont été réalisées, et de nouvelles techniques ont été développées, basées sur le principe de la mesure de potentiel électrique issu du phénomène électrocinétique, ont été développées dans le but de faciliter la détection, la quantification de zones de fuites éventuelles, ainsi que le rendement des mesures. Nous avons pu, par ailleurs, estimer le débit de fuite d'une digue en terre par méthode inverse à l'aide d'un couplage entre informations sur le potentiel spontané (cartographie) et sur la résistivité électrique (coupe). Le développement de la méthode inverse pour les digues s'est finalisé par l'élaboration d'un système d'inversion automatisé des signaux de potentiel spontané. Les résultats obtenus au cours de cette thèse permettent de valider l'intérêt de la méthode de potentiel spontané pour la localisation et de la détection des zones d'écoulements préférentiels dans les digues et les barrages.

Cette thèse porte sur la simulation numérique de modèles couplés pour l'écoulement et le transport dans les milieux poreux. Nous présentons une nouvelle méthode de couplage entre les réactions chimiques et le transport en utilisant une méthode de Newton-Krylov, et nous étudions également un modèle d'écoulement en milieu fracturé qui traite l'intersection des fractures par une méthode de décomposition de domaine. <br /> Ce travail est divisé en trois parties : la première partie contient une analyse de différents schémas numériques pour la discrétisation des problèmes d'advection-diffusion, notamment par une technique de séparation d'opérateurs, ainsi que leur mise en oeuvre informatique, dans un code industriel.<br /> La deuxième partie, qui est la contribution majeure de cette thèse, est consacrée à la modélisation et à l'implémentation d'une méthode de couplage globale pour le transport réactif. Le système couplé transport-chimie est décrit, après discrétisation en temps, par un système d'équations non linéaires. La taille du système sous-jacent, à savoir le nombre de points de grille multiplié par le nombre d'espèces chimiques, interdit la résolution du système linéaire par une méthode directe. Pour remédier à cette difficulté, nous utilisons une méthode de Newton-Krylov qui évite de former et de factoriser la matrice Jacobienne. <br /> Dans la dernière partie, nous présentons un modèle d'écoulement dans un milieu fracturé tridimensionnel, basé sur une méthode de décomposition de domaine, et qui traite l'intersection des fractures. Nous démontrons l'existence et l'unicité de la solution, et nous validons le modèle par des tests numériques.