Le présent travail de thèse aborde la question du couplage entre fluides et déformation en milieu sous-marin, un sujet d'importance dans le domaine des risques, naturels (séismes, glissements de terrain) ou industriels (stabilité des plateformes de forage en mer, par exemple). Trois études de cas sont présentées : les deux premières concernent la Mer de Marmara, en Turquie, une zone fortement exposée au risque sismique, du fait de la proximité de la Faille Nord-Anatolienne ; la troisième concerne une zone pétrolifère offshore, sur la pente continentale du delta profond du Niger. La première étude de cas en Mer de Marmara porte sur l'activité micro-sismique qui caractérise l'escarpement ouest du Bassin de Tekirdag. Notre étude montre que la déformation contribue à maintenir des perméabilités élevées associées au réseau de failles sous l'escarpement, ce qui permet aux fluides de remonter des réservoirs gaziers du Bassin de Thrace jusqu'à la surface. La deuxième étude de cas porte sur des micro-évènements enregistrés par les sismographes de fond de mer, non sismiques, de courtes durées (200 à 600 msec), et caractérisés par des fréquences comprises entre 10 et 30 Hz. Notre étude montre que ces micro-évènements sont liés à des expulsions de gaz. Les OBS fournissent donc des informations inattendues pour l'étude des processus de dégazage naturel en fond de mer. La troisième étude de cas, sur la pente continentale du Nigeria, démontre que la combinaison de piézomètres et d'OBS voisins en fond de mer permet de suivre l'évolution des phases d'accumulation et de vidange de gaz dans les sédiments superficiels. La détection et la surveillance des phénomènes de dégazage naturel en fond de mer est d'une importance qui pourrait s'avérer critique dans les zones d'exploitation pétrolière en domaine offshore. D'une manière générale, ce travail plaide pour la nécessité : i) de disposer de plusieurs réseaux d'observatoires sous-marins câblés en Mer de Marmara et d'un modèle de vitesse-3D rendant compte du fort gradient de vitesses sismiques dans les couches superficielles (la structure de vitesses du domaine sous-marin étant radicalement différente de celle du domaine émergé, la combinaison des données sismologiques à terre et en mer s'avère très difficile); ii) de développer des approches de surveillance multi-paramètres. Pour chaque paramètre, il est nécessaire de connaître la variabilité naturelle "normale", de manière à détecter les variations anormales. La recherche sur les processus physiques et le développement algorithmique doivent être conduits de front.

Cette thèse porte sur l'étude de glissements de terrain rotationnels-translationnels complexes localisés en bordure littorale du Calvados. Ces glissements se manifestent par une activité régulière, avec des déplacements saisonniers variant de quelques millimètres à quelques centimètres par an. Ils revêtent un caractère plus spectaculaire lorsque les déplacements s'accélèrent brutalement sous l'action de facteurs de déclenchement divers et combinés. La complexité de ces processus hydro-gravitaires réside dans leur fonctionnement hétérogène dans le temps, et dans leur localisation dans un environnement littoral urbanisé. Ces secteurs sont donc des zones à risque à fort enjeux socio-économiques. Pour mieux comprendre le fonctionnement de ces glissements, les travaux se focalisent sur : * (1) la caractérisation de la structure interne des glissements à l'aide de données géophysiques, géotechniques et géomorphologiques ; * (2) les spécificités hydrologiques et hydrogéologiques du versant et la caractérisation des paramètres hydrodynamiques des corps aquifères qui composent ces glissements ; * (3) la caractérisation de la cinématique de versant en surface et en profondeur à partir d'un réseau de surveillance et la mise en évidence des variabilités spatiales et temporelles des déplacements actuels ; * (4) l'identification de seuils piézométriques ou pluviométriques qui expliqueraient le déclenchement des instabilités brusques et saisonnières ; * (5) l'évaluation des conséquences et la gestion du risque suite aux différentes crises d'accélération et l'évaluation du risque actuel à partir des conséquences potentielles et des scénarios d'extension des glissements.

Les versants du plateau du Pays d'Auge (Normandie, France) sont régulièrement affectés par des phénomènes d'instabilité. En dépit d'un risque avéré, peu de travaux de recherches ont été effectués sur ces phénomènes complexes dans ce secteur à la topographie peu prononcée. Ce travail de recherche vise ainsi à combler le manque de connaissance sur les processus locaux et à proposer des approches permettant d'établir une cartographie préventive. Les objectifs sont concentrés sur deux points majeurs : (1) observation et caractérisation des phénomènes hydro-gravitaires (inventaire, typologie et cartographie géomorphologique) ; (2) cartographie de la susceptibilité aux glissements de terrain à échelle du 1/50.000ème et du 1/10.000ème. Ce travail de thèse a permis d'établir une typologie détaillée des mouvements de versant de la partie continentale du Pays d'Auge. Celle-ci a servi de support de base pour la réalisation d'inventaires des phénomènes à différentes échelles. Plusieurs jeux de données, représentant les facteurs de prédisposition des glissements de terrain ont été acquis, avec une attention particulière portée sur la qualité des données, leur coût et leur adaptation à l'échelle de travail. Le travail s'est focalisé sur la comparaison entre les approches dites "expertes", "semi-expertes" et les approches probabilistes (régression logistique) pour la cartographie de la susceptibilité. Les résultats montrent que les approches probabilistes peuvent être complémentaires avec des approches expertes, constituant une aide dans le choix des facteurs à prendre en compte pour la cartographie, mais restent très largement dépendantes de la qualité des données.

Cette thèse a été conduite dans le cadre d’une convention industrielle avec SNCF Réseau. Elle se situe dans le domaine de la géovisualisation d’informations spatio-temporelles, et porte plus particulièrement sur l’élaboration de méthodes de visualisation cartographiques adaptées à l’analyse des impacts des inondations sur le système ferroviaire. Les événements historiques sont une source d’informations importante pour la compréhension et la gestion des risques naturels. La cartographie s’est imposée comme un outil clé pour appréhender les risques dans leurs contextes territoriaux. Mais l’élaboration de visualisations cartographiques qui soient lisibles tout en restituant la complexité des processus survenus lors d’une catastrophe naturelle n’est pas aisée. Les verrous principaux sont la nécessité de représenter à la fois les dimensions spatiales et temporelles des événements issus de risques, le besoin de visualiser les effets dominos, qui conduisent à amplifier les dommages, et la volonté d’adapter les représentations aux besoins et aux capacités cognitives des utilisateurs. Ce travail a conduit à quatre contributions. La première contribution a consisté à formaliser les récits d’inondations dans une ontologie de domaine, qui décrit à la fois les événements issus d’inondations, les effets dominos et leurs impacts sur le système ferroviaire et les mesures de réaction pour ramener le système ferroviaire à l’état d’équilibre. Cinq cas d’inondations historiques ont été instanciés dans le modèle. Leur étude a permis de formuler des principes sémiologiques génériques pour cartographier les récits d’inondations, ce qui constitue la deuxième contribution. La troisième contribution est la production d’une interface de géovisualisation intégrant des représentations graphiques innovantes pour visualiser les temporalités associées aux événements. Cette interface de géovisualisation a fait l’objet d’une expérimentation auprès des experts ferroviaires. Les résultats ont validé les propositions relatives à la représentation du temps mais ont infirmé les propositions de visualisation des effets dominos. Suite à l’analyse des résultats, la quatrième contribution consiste en un modèle de protocole expérimental réutilisable, adapté au test d’interfaces de géovisualisation. / This research was led in an industrial partnership with SNCF Réseau. In the field of geovisualization of spatio-temporal information, it focuses on developing cartographical visualization methods adapted to the analysis of the impacts of floods on the railway system.Historical events are of great help to understand and manage natural risks. Cartography became a key tool to analyze risks in their territorial contexts. But making maps which remain legible while showing all the complexity of risk processes that occurred during natural disaster is not easy. The main challenges are the need to represent both the temporal and the spatial dimensions of risk events, the need to visualize domino-effect, because they often lead to worsen damages, and the will to adapt representations to the cognitive capacities of users.This research resulted in four contributions. The first one is the formalization of flood narratives in a domain ontology, which describes flood events, domino-effects, their impacts on the railway system and also response measures to restore the system. Five case studies of historical floods were instantiated in the model. Resulting from their study, the second contribution consists in generic semiology principles to visualize the narratives of floods on maps. The third contribution is a geovisualization interface, which includes original graphical representations to visualize the temporal features associated with flood events. This geovisualization interface was tested in an experiment with expert users of the railway field. Results confirmed the proposals of representation of time but disconfirm proposals of visualization of domino effects. The analysis of results led to the fourth contribution, which consists in a reusable model of an experimental procedure that is adapted to test geovisualization interfaces.

La compréhension et la prévision des phénomènes d'éboulements rocheux sont des éléments déterminants pour la gestion des risques dans l'aménagement des zones et des infrastructures de montagnes, qui nécessitent, entre autre, la mise au point d'outils numériques opérationnels permettant d'anticiper la trajectoire des épisodes rocheux et les zones susceptibles d'être impactées. L'approche numérique proposée dans le cadre de la thèse, est basée sur une modélisation numérique discrète qui permet de simuler le comportement collectif de blocs rocheux lors d'un éboulement, en considérant des blocs de géométrie réaliste et une topographie tridimensionnelle du versant de propagation. Pour faciliter son utilisation en bureau d'études, le modèle numérique de contact, qui gère les interaction entre les blocs et entre les blocs et le versant de propagation, fait appel à un nombre restreint de paramètres, pouvant être estimés par des mesures in situ ou par des rétro-analyses de cas existants. Les paramètres les plus influant sur les mécanismes de propagation sont : la géométrie des blocs et la topographie de surface, les paramètres dissipatifs de contact tels que le coefficient de restitution normale qui agit dans la direction normale au contact, le coefficient de frottement qui agit dans la direction tangentielle au plan de contact, et la résistance au roulement entre la pente et les blocs rocheux dans l'hypothèse d'un impact rocheux sur un sol meuble.La thèse présente des nombreuses données de terrain qui ont servies de base à l'analyse des mécanismes de propagation sur d'anciens cas d'éboulements et sur des falaises potentiellement instables. Des méthodes permettant la reconstruction d'un volume instable pour la modélisation de la propagation ont été développées sur la base des modèles tridimensionnels de terrain. Après des tests de validation et de compréhension du modèle numérique, ce dernier a été appliqué à des cas réels. Trois sites, très différents en termes de géométrie, ont été retenus pour tester le modèle numérique. Les paramètres d'études sont suivant les cas, les mécanismes de propagation, les mécanismes de dissipation d'énergie, les zones de dépôt, les forces d'interactions et les énergies d'impact sur des structures de protection.Ce travail a permis d'établir une méthodologie de modélisation des éboulements rocheux adaptée à l'ingénierie. Un protocole spécifique permettant de déterminer ou d'estimer les paramètres a été proposé et des logiciels de pré et post traitements permettant à la fois une analyse pertinente et rapide des résultats ont été développés. La corrélation entre les résultats numériques et les observations de terrain sont satisfaisantes et les résultats en termes de prévision encourageants. / Understanding and predicting rock avalanches are key elements in risk management when developing mountainous areas. Due to the complexity of the mechanisms involved, developments of numerical and operational tools are useful and necessary to properly estimate block trajectories and define riskiest areas. The numerical approach proposed in this thesis is based in the discrete element method which allows simulating the collective behavior of a group of rocks by using realistic block geometries and three-dimensional slope topographies. The numerical contact model handles interaction between the blocks and between the blocks and the slope by using a limited number of parameters that can be estimated by in situ measurements or feed-back analysis of ancient rockfalls events. The most influential parameters in the propagation phenomena are: the geometry and shape of blocks and topography, the contact parameters such as the normal restitution coefficient which acts in the normal direction to the contact, the friction coefficient acting in the tangential direction to the contact plane and the rolling resistance coefficient of blocks with the slope that somehow accounts of the impact mechanisms in case of soft soil.Various field results of past rockfall events or instable rocky cliffs are presented in the thesis. In addition, different procedures allowing the modeling of the whole unstable volume involved in the propagation motion are presented through real applications by using three-dimensional terrain models as input data. The numerical model was applied to three real rockfalls events, very different in terms of geometry. The parameters analyzed concerned mainly the propagation distances and energy dissipation mechanisms, deposit zones, interaction forces and impact energies on protective structures.A specific protocol for determining and estimating the contact parameters was proposed and some pre and post processing software enabling both relevant and rapid analysis of the results have been developed. The correlation between the numerical results and field observations are satisfactory with very encouraging results in terms of forecasting.

Les risques naturels majeurs constituent une menace plus ou moins récurrente pour la plupart des populations de la planète. Les catastrophes naturelles sont à la fois sources et révélatrices d’inégalités sociales et environnementales, dans le monde, mais aussi sur le territoire de la République française. Les Antilles françaises sont très fréquemment, et très lourdement frappées par les aléas naturels. La réponse en matière de gestion des crises, et, en amont, en matière de prévention, ne nous semble pas à la hauteur des défis, et des besoins des populations. C’est la raison pour laquelle nous nous interrogeons, à travers la présente thèse, sur la place de la solidarité et de l’égalité, dans le régime juridique des risques naturels majeurs. C’est une préoccupation doctrinale majeure, inscrite dans la constitution. La recherche du lien entre droit des risques naturels majeurs et justice sociale et environnementale est l’objet de la présente étude, s’agissant de la réponse juridique à la préoccupation des populations et catégories défavorisées, qui s’avèrent a priori les plus atteintes par les catastrophes naturelles. Les limites des textes, l’insuffisance des moyens, ainsi que les pratiques locales, facteurs d’aggravation des vulnérabilités, le laxisme des pouvoirs publics nationaux et territoriaux, l’absence de culture de risque et l’esprit « kokagneur » des populations (avec des différences de comportement entre la Guadeloupe et la Martinique), toutes ces considérations rendent illusoire la détermination proclamée des pouvoirs publics de résoudre les problèmes de risques naturels majeurs. Des voies d’un renforcement de la solidarité sont proposées. Cette contribution à la recherche sur les risques ambitionne d’apporter aux acteurs, une vision transversale de la problématique des risques naturels, par l’analyse du régime juridique confronté à une exigence de justice sociale et environnementale. Les Antilles françaises servent de support à cette étude. / Major natural hazards are more or less recurring threat for most people in the world. Natural disasters are both sources and revealing social and environmental inequalities in the world, but also in the French Republic. The French West Indies are very frequently and strongly hit by natural hazards. The answer in terms of crisis management, and beforehand, in terms of prevention, doesn’t seem to be up to the population’s challenges and needs. This is why we wonder, in this thesis, about the place of solidarity and equality in the legal system of major natural hazards. This is a major doctrinal concern in the constitution. The research of the relationship between major natural hazards law and environmental and social justice is the subject of this study, concerning the legal answer to the concerns of the underprivileged people and categories, which prove to be a priori the most struck by natural disasters. The limits of the legislation, inadequate resources and local practices, vulnerabilities worsening factor, the laxity of the national and territorial public authorities, the lack of risk culture and the "kokagneur" spirit of the populations (with behavior differences between Guadeloupe and Martinique), all these considerations make unreal the government’s proclaimed determination to solve the major natural hazards issues. Ways to strengthen solidarity are proposed. This contribution to risks research aims to bring to the players an interdisciplinary view of natural hazards issues, through the analysis of the legal system confronted with the requirement of social and environmental justice. The French West Indies are used as research support.

Cette étude porte sur la perception antique des catastrophes naturelles, les moyens de gestion et les représentations religieuses. Elle se fonde essentiellement sur l'interprétation des documents littéraires et épigraphiques, mais, dans une logique interdisciplinaire, elle n'exclue pas d'intégrer la documentation archéologique et les résultats obtenus, dans certains cas, par la géomorphologie. L'emploi des expressions « catastrophes naturelles » et « risques naturels » repose sur une définition récente portée par les géographes contemporains : un risque est le produit d'un aléa naturel – la probabilité d'occurence d'un phénomène physique – et de la vulnérabilité d'une société – les facteurs aggravants et la capacité de résilience d'une communauté civique. L'application de ce concept au monde des cités grecques, depuis l'époque classique jusqu'au Haut Empire romain, invite à tenir compte des évolutions notables qui ont marqué les processus de gestion des risques et les discours, scientifiques ou religieux, portant sur les bouleversements majeurs survenus à la surface du globe. L'enquête s'articule ainsi autour de deux axes principaux : le premier établit les impacts catastrophiques, autrement dit les types de conséquences qu'un aléa naturel a pu produire sur une société antique, inhumation des victimes, soins apportés aux survivants, destructions des édifices urbains, modifications et altérations des paysages ainsi que les difficultés et les crises économiques consécutives aux événements dévastateurs ; dans un second temps, cette étude entreprend d'analyser les observations et les théories antiques portant sur les catastrophes naturelles, autant que les discours et les actes religieux. En parallèle, l'enjeu de cette enquête est de répondre à une question essentielle : les Grecs ont-ils subi les catastrophes ou ont-ils cherché à se prémunir efficacement contre la fréquence de certains risques naturels ? / This thesis deals with the perception, management and religious thoughts of natural hazards in Antiquity. It is based essentially on epigraphics and literary sources, but includes archaeological and geomorphological documentation. Natural hazards and risks are two recent notions, coming from geographic studies. To apply these concepts to the Greek world, from the Classical Period to the Roman Empire, contributes to our knowledges of these societies, pointing out the chronological evolutions of the scientific discourses and the religious thoughts. This study is organized in two main parts ; the first dealing with the consequences of natural hazards (burial of victims, destruction of buildings, modifications of landscapes and economic crisis) and the second, the analysis of theories about natural hazards as well as the religious representations and practices. Last but not least, one of the most important questions that this thesis tries to answer is "Did Greek society manage the risks or did it fall victim to doomsday ?"

Les catastrophes naturelles sont de plus en plus fréquentes et sont à l'origine de conséquences socio-économiques souvent graves et coûteuses. La prévision de ces risques, notamment en ce qui concerne les glissements de terrain, est dès lors indispensable. Dans cette problématique, la modélisation numérique doit être pertinente et prédictive. Actuellement, les glissements sous une faible pente (inférieure à 14°) voire très faible (inférieure à 8°), où la rupture est souvent de type diffuse, ne peuvent être expliqués ni par les méthodes empiriques classiques ni par l'analyse limite traditionnelle (théorie de plasticité). De nouvelles approches sont donc nécessaires pour rendre compte de ces mécanismes de glissement. La condition suffisante de stabilité de Hill (1958) basée sur le signe du travail du second ordre pourrait être un critère pertinent pour analyser ces modes de rupture diffus.<br /><br />Ce travail de thèse porte d'une part sur l'analyse et l'implémentation du critère de stabilité de Hill dans deux codes de calculs par éléments finis (LAGAMINE et PLAXIS) et d'autre part sur leur application, dans le cadre des modélisations numériques de problèmes aux limites non linéaires, aux glissements de terrain.<br /><br />L'étude du travail du second ordre, menée sur des modèles de comportement incrémentaux non linéaires, montre que certains sols exhibent de larges domaines potentiellement instables à l'intérieur strict du critère limite de plasticité. Ces analyses sont corroborées par les résultats expérimentaux.<br /><br />Nous montrons, dans ces travaux, par des approches analytique et numérique dans le cadre de la théorie de l'élasto-plasticité, que le critère de Hill est toujours vérifié avant la condition limite de plasticité (critère de Mohr-Coulomb) et le critère de localisation de déformation (critère de Rice).<br /><br />L'utilisation du critère de Hill nous permet d'analyser le glissement de la côtière de Trévoux après une période de fortes précipitations en 1983. Ces travaux de modélisations ont été menés dans le cadre d'un couplage hydromécanique en milieu non saturé.<br /><br />La même démarche a été menée pour l'analyse du glissement catastrophique du versant de Las Colinas (El Salvador) provoqué par un séisme en 2001. La définition du chargement considéré est basée sur une méthode de type pseudo-statique.

Les glissements-coulées sont des processus complexes de déstabilisation de versants, car ils se développent suivant deux modes distincts : glissement avec évolution régressive vers l'amont, coulée boueuse et écoulement vers l'aval. Dans les matériaux concernés, une phase argileuse prédomine généralement. La fragilité de la texture doit être notée, ainsi que sa sensibilité aux apports d'eau souvent à l'origine du déclenchement de la rupture.<br />Ce travail s'est appuyé sur les glissements de la Valette et de Poche dans la région de Barcelonnette (Alpes-de-Haute-Provence). Le contexte géologique, hydrogéologique et géomécanique a été étudié considérant plus spécialement le fonctionnement hydrologique et hydrogéologique d'un versant instable.<br />Les études de terrain, prenant appui sur la modélisation, ont permis de définir des scénarios d'évolution et de mettre en évidence les conditions de réactivation de ces pentes instables.

Ce travail analyse l'ensemble des paramètres nécessaires à la compréhension du mécanisme de la formation des cirques et des mouvements de versants actuels qui s'y rattachent, ceci en vue d 'y définir les conditions géotechniques indispensables au zonage du risque, comme à tout projet d ' aménagement. * La première partie présente les traits généraux de l'île, l'occupation du sol des cirques et souligne les particularités hydro-météorologiques. * La deuxième partie concerne tous les événements géologiques qui se sont produits avant l'arrêt de l'activité volcanique du Piton des Neiges , vers 25 000 ans BP , On y expose le contexte géotectonique , puis les données lithostratigraphiques et structurales, ainsi que l'altération hydrothermale subie par les matériaux originels, en faisant ressortir les faits géologiques qui ont une incidence marquée sur les caractéristiques géotechniques globales du massif. * La troisième partie analyse les modalités de l'action des principaux agents morphogénétiques présidant à l ' évolution des reliefs, lors des périodes de calme éruptif, et aboutit à une interprétation des mécanismes de la naissance et du développement des cirques . * la quatrième partie exploite le schéma de distribution spatiale et temporelle issu des analyses précédentes pour une analyse de la dynamique et de l'érosion des versants, une classification géotechnique des terrains et une méthodologie de zonage du risque