Une préoccupation environnementale majeure des espaces littoraux concerne le déplacement et le dépôt des vases. La maîtrise de la gestion de ces régions nécessite de mieux comprendre ces processus complexes et leur dépendance vis-à-vis des propriétés mécaniques des vases. Cette thèse constitue une étude expérimentale sur la problématique de l'érosion et le lien avec les propriétés rhéologiques des sédiments cohésifs (vases). On considère que le phénomène d'érosion correspond à une transition solide-liquide du matériau qu'il faut caractériser à la fois macroscopiquement et localement. On fait le choix d'utiliser des matériaux modèles stables et reproductibles pour simuler les sédiments cohésifs. Deux dispositifs ont été employés : un RhéoScope1 et un mini-canal annulaire à érosion. Les techniques de µPTV et de PIV ont été mises en oeuvre pour caractériser respectivement les déformations du matériau et le champ hydrodynamique. Deux fluides modèles transparents, utilisant le carbopol et la laponite, ont également été mis au point. Ces fluides se caractérisent par des valeurs voisines de contrainte seuil et par des propriétés thixotropes différentes. Grâce aux techniques rhéo-physiques présentées, il a été montré que les conditions aux limites des expériences, comme l'état de surface de la géométrie utilisée en rhéométrie ou l'état de confinement de la section de mesure en étude d'érosion, conditionnent le comportement en transition. Outre la résistance mécanique du matériau, le caractère thixotrope affecte fortement la dynamique de transition. Les essais en canal d'érosion ont mis en évidence le rôle déstabilisateur des phénomènes d'échange à l'interface du fond sédimentaire.

Ce mémoire expose les résultats d'analyses sédimentologiques effectuées sur des sédiments d'origine fluvio- glaciaire quaternaire de la plaine de Bièvre-Valloire, en Bas- Dauphiné . (Carte géologique au l/80.000ème, feuilles de Saint-Etienne (177) et Grenoble (178) . Mon travail étant sédimentologique, je me suis basée sur la stratigraphie de ces dépôts établie par F. BOURDIER dans sa thèse (1961) . J'ai récolté des échantillons des différents faciès de chacune des périodes qu'il distingue, au cours des étés 1960, 1961, 1962 .

Dans le bassin d' Apt, la série détritique continentale paléocène-éocène est représentée par des sables colorés azoïques, "pro parte" conglomératiques : à la base, l'ensemble inférieur d'âge paléocène à éocène inférieur, vers le haut, l'ensemble supérieur d'âge éocène s.l. Les ensembles inférieur et supérieur montrent une évolution verticale nette des populations argileuses. A cette argilogenèse se superposent deux phases d'altération de surface, la première phase est silicifiante, la deuxième phase est calcitisante. L'alternance de ces transformations avec des phases de dépôts détritiques en contexte de réactivation tectonique a permis de définir des cycles sédimentation-encroutements qui s'installent à l' éocène moyen dans le sud-est de la France.

Cette étude participe à la définition des sédiments albiens , leurs conditions de dépot, leurs variations dans l'espace et dans le temps et permet de preciser la paléogéographie du bassin de sédimentation.

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

Le but de ce travail consiste en l'étude géochimique des sédiments récents du lac alpin de Cadagno et de la cinétique de déshydratation des stérols dans ce milieu. L'examen en microscopie optique des tranches sédimentaires et l'analyse GC-MS des biomarqueurs de type n-alcanes, pristane, phytane, hopanoïdes et stéroïdes ont été utilisés pour préciser les conditions de déposition des sédiments. Des événements tels que des avalanches ainsi qu'une modification du taux de sédimentation ont notamment permis d'expliquer les fluctuations significatives du profil du TOC. L'étude cinétique a montré par ailleurs que le mécanisme de déshydratation des stérols dans ces sédiments est bactérien sélectif et non physico-chimique - ce qui a d'importantes conséquences pour l'étude géochimique de sédiments anciens. Dans le cadre de ce travail, une analyse de sédiments de Monterey (Californie, USA) datant du Miocène a également permis d'identifier une nouvelle classe de biomarqueurs potentiels, les 4,14-diméthylstéranes.

La structure et la dynamique de la matière organique mobile (lipides), peu soluble (acides humiques) et insoluble (humine et kérogène) ont été étudiés dans différents environnements. Les sols, les tourbes qui représentent la première phase d'accumulation du carbone organique (diagenèse précoce) et les sédiments anciens dans lesquels le carbone organique s'est transformé. L'étude de ces différents milieux pouvant permettre d'appréhender les mécanismes d'accumulation du carbone.<br />L'étude de la structure et de l'évolution de la matière organique des sols et des sédiments a nécessité la mise en œuvre de techniques d'analyse globales comme la spectroscopie infra-rouge ou la RMN 13C (CP-MAS) et plus approfondies comme la pyrolyse off line ou on line (Py-GC/MS). En fonction des informations obtenues, nous avons appliqué aux macromolécules biologiques, des réactions de dégradation plus sélectives par voie chimique ou enzymatique. Le développement ou l'adaptation de ces techniques et réactions de dégradation a donc constitué une large partie de ce travail.<br /> L'étude de la matière organique complexe des sols et des sédiments fait apparaître la présence de chaînes aliphatiques, liées au réseau macromoléculaire par des liaisons éther ou ester, ou formant des ponts dialkyles. L'importance des liaisons de faible énergie a pu être soulignée dans la structure des substances humiques ainsi que la contribution ligneuse. <br />L'accumulation du carbone dans les tourbes et les sédiments s'est déroulée en milieu anoxique (conditions réductrices), cependant il existe des témoins de phénomènes d'oxydation qui ont pu se produire au préalable ou lors d'échanges possibles avec une phase mobile.<br />L'étude des processus de biodégradation du carbone dans les sols montre que les molécules simples, après oxydation, peuvent s'incorporer dans le réseau macromoléculaire par liaisons ester ou éther. Nous avons ainsi montré que l'apport de carbone organique sur des sols cultivés en améliore les qualités.

Nous avons étudié l’application de plusieurs mesures d’isotopes stables afin de caractériser les processus du cycle de l’azote et les sources d’azote dans les lacs tempérés à diverses échelles spatiales et temporelles. Les résultats d’une étude à travers 65 lacs sur un gradient trophique ont démontré que le ratio d’isotopes stables d’azote (δ15N) des sédiments de surface est un indicateur de l’importance relative des sources d’azote anthropique, mais que ce ratio peut être altéré par la diagenèse. La mesure du δ15N des sédiments demeure néanmoins un outil permettant de déterminer à long terme le changement des charges en azote anthropique aux écosystèmes lacustres et les causes de l’eutrophisation de ces systèmes. Nos résultats d’une étude sur la variation saisonnière de plusieurs isotopes stables dans trois lacs peu profonds situés sur un gradient trophique et ayant différents régimes de stratification ont démontré que cette approche est prometteuse dans les lacs mésotrophes et stratifiés. Dans ces systèmes, le δ15N de la matière organique particulaire (MOP) aurait le potentiel de déterminer les sources d’azote assimilées par le phytoplancton. Cependant les mesures d’isotopes stables du carbone (δ13C) et du ratio C:N indiquent que les apports de matières organiques du bassin versant peuvent altérer les relations observées. Nous avons également constaté une déviation de la relation 1:1 entre les isotopes stables d’azote et d’oxygène (δ18O) du nitrate (NO3-) indiquant son assimilation et sa nitrification simultanée. Cette application est particulièrement prometteuse puisque la nitrification est méconnue dans les lacs et peut exacerber les effets de l’eutrophisation. / We studied the application of multiple stable isotopes measures with the overall objective of improving our understanding of nitrogen cycling and sources in temperate lakes over different spatial and temporal scales. Results from our study across 65 lakes on a trophic gradient demonstrated that surface sediment nitrogen stable isotope ratio (δ15N) is an indicator of the relative importance of anthropogenic N loads, but that diagenesis can alter this ratio. Nevertheless, sediment core δ15N is a powerful proxy for the determination of longterm changing anthropogenic N loads to lake ecosystems and the causes of lake eutrophication. Results from our second study on multiple stable isotopes seasonal variation in three shallow lakes along a trophic gradient and with different stratification regimes have demonstrated that such an approach is particularly promising in mesotrophic and stratified lakes. In these systems, our results showed that the suspended particulate organic matter (SPOM) δ15N could be used to assess the nitrogen sources assimilated by phytoplankton. However, measurement of carbon stable isotopes (δ13C) and C:N ratios from the SPOM showed that the observed relationships can be altered by watershed derived organic matter. We have also found a deviation from the 1:1 relationship between nitrogen and oxygen stable isotopes (δ18O) of nitrate (NO3-) indicating a simultaneous NO3- assimilation and nitrification in our stratified system. The application of dual nitrate isotopes is promising in the study of nitrification since this process is not well understood in lakes and can increase the severity of eutrophication symptoms.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Résumé: La valorisation des sédiments marins non-immergeable du Grand Port Maritime de Dunkerque comme un nouveau granulat présente une solution alternative dans le domaine de génie civil pour une meilleure gestion. Les travaux de cette thèse se focalisent sur l’étude de valorisation de sédiment marin en technique routière (étude en laboratoire et in situ) et l’étude de durabilité de blocs béton à base de sédiment marins destinés à la protection des ouvrages portuaires. La première partie de la thèse fait l’objet de la valorisation des sédiments marins en technique routière. Cette partie est devisée en trois étapes : La première étape a été consacrée à une caractérisation physique, minéralogique et mécanique des sédiments dragués du GPMD afin de mieux connaître le comportement général des sédiments. La deuxième étape présente la méthodologie de valorisation des sédiments par la mise au point d’une formulation en laboratoire. Une étude du comportement mécanique et environnementale a été réalisée afin d’évaluer la durabilité du matériau. La dernière étape concerne la réalisation d’un ouvrage routier à l’échelle 1 à base de sédiment à Dunkerque. La phase de suivi in situ de l’aspect mécanique et environnemental de l’ouvrage est également traitée. La deuxième partie de la thèse fait l’objet d’une étude de durabilité de deux blocs en béton à base de sédiment marin. Cette partie est divisée en trois étapes. La première étape est consacrée à une caractérisation non destructive et destructive des deux bétons contenant 12,5% et 20% de sédiment associé à une caractérisation microstructurale. La concerne l’une étude de durabilité de ces bétons face au attaque sulfatique externe ; soumission aux cycles gel/dégel et à la réaction alcali-granulats afin d’évaluer l’effet de l’incorporation des sédiments dans les bétons et le comportement de ces derniers. Enfin, la troisième étape traite du volet impact environnemental par des essais de lixiviation sur les deux types de bétons. L’étude de durabilité des bétons à base de sédiment présentée dans cette partie peut servir de base à des futurs travaux visant à mieux comprendre l’impact d’incorporation de sédiment dans le béton (taux d’incorporation, porosité....) sur la résistance mécanique, ainsi que sur les mécanismes de dégradation. Ce travail a été réalisé en collaboration entre Mines de Douai et l’Université de Sherbrooke (Canada) avec le soutien Grand Port Maritime de Dunkerque et de la Région. Mots-clés : Sédiments marins, valorisation, technique routière, performance mécanique, évaluation environnementale, durabilité du béton à base de sédiment, contrôles destructifs et non destructifs||Abstract: The valorization of non-submersible marine sediments of the Grand Port Maritime de Dunkerque GPMD as a new aggregate presents alternative solutions in the field of civil engineering for a better management. The work of this thesis focus on the valorization study of marine sediment in road engineering (laboratory and in situ) and the study of the durability of concrete blocks made with marine sediment for the protection of harbour structures. The first part of valorization non-submeresible sediments in road engineering is divided into three steps: The first step was devoted to the physical, mechanical and mineralogical characteristics of these materials, as well as their chemical composition and environmental effects, in an attempt to characterize their behavior and their potential as material in road engineering. The second step presents an experimental methodology for the development of a road foundation made from dredged fine sediment, dredged sand, lime and hydraulic binder. The last step describes the construction of an experimental road and analyses the mechanical properties of cores drilled from the road and the results of deflection tests. An environmental assessment, based on leaching tests, was also performed. The second part of the thesis focuses on a durability study of two concrete blocks with two different percentages of sediment. This part is divided into three steps: In the first step, mechanical, physical and chemical characteristics of two types of concrete containing 12,5% and 20% of dredged marine sediments are presented and discussed. In the second step, we have examined the durability of these types of concrete with regards to alkali-aggregate reaction, sulphate attack and frezing and thawing cycles. The results of this study will serve in order to better understand the impact of the incorporation of sediments into the concrete (percentage of incorporation, porosity...) and the effect on the mechanical resistance and the degradation mechanisms. This study is the framework of collaborative research work between Mines de Douai and the University of Sherbrooke (Canada) with the support GPMD and the Region. Keywords: Dredged sédiments, Valorisation, environmental assessment, expérimental road construction, mechanical performance, durability of concrète made from marine sediment, destructive and non destructive testing