Le stockage géologique de CO2 est une des solutions techniques envisagées pour faire face aux émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Déjà mis en oeuvre aujourd'hui dans quelques sites pilotes, son acceptabilité à grande échelle requiert la démonstration de la tenue à long terme des propriétés de confinement des couvertures sus-jacentes aux réservoirs, et des ouvrages en ciment, particulièrement sensibles, qui constituent notamment les scellements de fond de puits. Pendant la phase d'injection, une bulle de CO2 supercritique se forme, migre vers le sommet du réservoir sous l'effet de la poussée d'Archimède et se solubilise lentement (plusieurs dizaines d'années pour que la solubilisation soit complète). Alors que les réactions de dissolution et de carbonatation en présence d'eau liquide sont largement étudiées et commencent à être bien connues, la réactivité de la bulle de CO2 en phase supercritique ou vapeur est encore mal appréhendée. C'est face à ces incertitudes que nous avons mené une série d'expériences visant à décrire, à comprendre et à quantifier la réactivité d'un matériel minéral en présence d'une phase vapeur riche en CO2. Un minéral a été particulièrement étudié : la portlandite. Il s'agit d'un constituant clef des ciments riches en calcium, et à ce titre, peut, en première approche, être considéré comme un analogue des ciments de scellements de fond de puits. La cinétique de carbonatation de la portlandite a été déterminée à 80, 120 et 200°C, sous une pression de 160 bar et au contact de CO2 initialement anhydre, ou d'un mélange CO2-H2O. Un protocole original a été élaboré : il associe mesures de l'avancement de la réaction (principalement, analyses par DRX du taux de carbonatation de la fraction solide et enregistrement de la consommation de CO2 au cours de la réaction) et modélisation de l'évolution des équilibres de phases et des propriétés volumétriques du fluide réactionnel. D'un point de vue phénoménologique, nous avons montré que l'état de phase du système (vapeur ou biphasique liquide-vapeur) est déterminant. Il contrôle en grande partie le mode de réactivité et l'évolution cinétique de la réaction. Un modèle géochimique prenant en compte les spécificités de notre système réactionnel pauvre en eau a alors été développé pour simuler la carbonatation de la portlandite et à terme celle d'un ciment complet de type "fond de puits".

La croissance démographique rapide que connait le continent africain ces dernières décennies ainsi que l'exode rural, tendent de plus en plus à concentrer dans quelques mégapoles (e.g. Abidjan) une grande partie des activités nationales polluantes (transports, industries,...), en plus du développement des activités pétrolières et minières le long des côtes du Golfe de Guinée. De même, les combustions de biofuels sont largement répandues pour les besoins domestiques. Tout ceci contribue à des émissions anthropiques considérables et croissantes d'aérosols de combustion dont les inventaires sont encore très imparfaitement connus sur le continent. L'objectif premier de cette thèse a permis de mettre en évidence et de mieux caractériser les émissions de carbone suie et de carbone organique primaire associées à l'utilisation des véhicules deux roues, un mode essentiel de transport dans certains pays en Afrique de l'Ouest. Par la suite, j'ai développé deux nouveaux inventaires d'émissions de carbone suie et de carbone organique primaire à l'échelle de l'Afrique pour les années 2005 et 2030, afin de réviser et de mettre à jour les données de l'inventaire global de Junker and Liousse (2008) de 2005. Enfin, nous avons simulé les concentrations ambiantes à partir des données de nos nouveaux inventaires 2005 et 2030 à l'aide du modèle global TM5. Ce modèle peut simuler de manière satisfaisante les concentrations en zones rurales, moins bien en zones urbaines. En outre, pour les épaisseurs optiques, le modèle fournit des ordres de grandeur satisfaisants avec un positionnement encore imparfait des maxima en Afrique de l'Ouest et en Afrique Centrale. Pour l'albédo de simple diffusion, nos résultats sont encourageants, sachant que le carbone suie et le carbone organique sont seuls pris en compte dans notre version du modèle global TM5.

L'astrophysique gamma nucléaire, situé à l'extrémité du spectre électromagnétique, est un domaine très riche scientifiquement. Il contient l'information capable, entre autres, de révéler la nucléosynthèse des éléments lourds au sein des supernovae ou l'origine de l'antimatière dans la galaxie. Ce domaine est longtemps resté inaccessible jusqu'aux années 60 à cause de l'absorption de l'atmosphère dans cette gamme d'énergies. Les observations sont ensuite restées handicapées par le rayonnement cosmique, qui noie le faible signal des sources sous un intense bruit de fond. De plus, l'énergie des photons gamma rend inefficaces les techniques classiques de focalisation, rendant plus complexe le développement des instruments d'observation. Malgré toutes ces difficultés, des observatoires comme CGRO et INTEGRAL ont réussi à révolutionner l'astrophysique nucléaire, grâce à l'utilisation de télescope Compton et de masques codés. Toutefois, ces techniques semblent aujourd'hui atteindre leurs limites, où des instruments plus grands ne sont pas forcément plus performants. Depuis une quinzaine d'années, une technique innovante est développée au CESR, capable d'améliorer la sensibilité de détection par un facteur 10-100, par rapport aux instruments existants. Cette technique nommée lentille de Laue, et dont le principe a été démontré par la mission ballon CLAIRE, est capable de concentrer les rayonnements gamma nucléaires à l'aide de la diffraction de Bragg, au sein de cristaux répartis en anneaux concentriques. Mon travail a consisté à poursuivre le développement de la lentille de Laue en améliorant et en validant les briques technologiques nécessaire pour qu'elle soit utilisée sur un observatoire spatial. La première partie de mon travail de thèse a consisté à améliorer les performances des cristaux diffractant, qui constituent le cœur de la lentille. Ces améliorations ont nécessité de modéliser et comparer les capacités de diffraction d'un grand nombre de cristaux, puis de confirmer les performances des meilleurs candidats au cours de session de mesures sur des faisceaux X-gamma. Ces mesures ont été effectuées au synchrotron européen de Grenoble (ESRF) et au réacteur nucléaire scientifique de l'ILL. Elles ont permis, entre autres, de mettre en avant les excellentes performances des cristaux d'or et d'argent. La seconde partie de mon travail a consisté à concevoir, réaliser et tester un prototype de segment de lentille spatialisable, en collaboration avec le CNES et Thales Alenia Space. Ce prototype a permis de valider les procédés de fixation et d'orientation des cristaux et de s'assurer qu'il résiste aux tests de vibrations et de cyclage thermique.

: Le but de cette thèse est de générer les premières données expérimentales de fractionnement des isotopes de Fe entre minéraux et fluides en conditions hydrothermales et de les confronter aux prédictions théoriques et aux données naturelles. Dans ce travail, nous avons étudié le fractionnement isotopique du fer entre hématite, pyrite, et fluides aqueux de différente composition, entre 200 et 450°C et jusqu'à 600 bar. Les expériences ont consisté à précipiter ou à dissoudre, dans des solutions de compositions connues, de la pyrite ou de l'hématite dans des réacteurs hydrothermaux. Les résultats montrent un fractionnement à l'équilibre quasi-nul entre l'hématite et un fluide dominé par les complexes chlorurés du fer ferrique, alors qu'une solution où les espèces chlorurées du fer ferreux dominent s'enrichit en isotope léger en équilibre avec l'hématite (57Fefl-hm =-0,5±0,1 ‰, 300°C/80bar). Ces résultats sont en bon accord avec les prédictions théoriques. Par contre, nos expériences de précipitation de la pyrite à 450°C et 600 bar à partir de fluides salins contenant du fer et du soufre montrent systématiquement des facteurs de fractionnement de ~1,5‰ plus grands (57Fefl-pyr~0,5 à 0,8‰ ±0,2‰) que ceux prédits par les calculs en équilibre avec une pyrite. Ceci peut s'expliquer par le mécanisme de précipitation de la pyrite via la mackinawite qui, lors de sa formation, s'équilibrerait avec le fluide mais garderait sa composition isotopique lors de sa transformation rapide en pyrite. Cette étude constitue la première calibration expérimentale du fractionnement isotopique dans les systèmes FeII/III(aqueux)-hématite, et FeII(aqueux)-pyrite aux températures hydrothermales.

L'objectif de la thèse est de contribuer à l'amélioration du modèle des astéroïdes dans l'éphéméride INPOP (Intégration Numérique Planétaire de l'Observatoire de Paris). La prise en compte imparfaite des astéroïdes dans les modèles dynamiques est considérée aujourd'hui comme le facteur limitant de la qualité des éphémérides, que ce soit en terme de précision des paramètres ajustés ou en terme de capacité à extrapoler les éphémérides au-delà des observations disponibles. Le grand nombre d'astéroïdes présents dans le Système Solaire et le peu d'informations disponibles sur leurs masses rendent en effet l'implémentation de ces objets particulièrement difficile. Après la présentation d'un cadre analytique et la recherche numérique des astéroïdes les plus perturbateurs, on propose une approche nouvelle. L'approche consiste à sélectionner un nombre restreint d'individus parmi un ensemble d'environ 25000 astéroïdes de telle sorte que la perturbation induite sur les planètes par l'ensemble, privé de la sélection, soit similaire à la perturbation induite par un anneau solide centré sur le Soleil. L'optimisation de la sélection fait partie des problèmes quadratiques mixtes où on cherche à ajuster simultanément des paramètres réels et entiers. On compile une nouvelle liste de 276 astéroïdes à implémenter avec un anneau dans le modèle dynamique d'une éphéméride planétaire. L'optimisation de la sélection dépend des masses incertaines des astéroïdes, par conséquent les résultats sont obtenus dans le cadre d'expériences Monte-Carlo où les masses des astéroïdes varient de manière aléatoire dans des intervalles raisonnables. On introduit la méthode de régularisation de Tikhonov avec contraintes de boîtes pour l'ajustement efficace du nouveau modèle. Une deuxième partie de la thèse est consacrée à l'étude des effets qui peuvent être induits par les astéroïdes sur une orbite quasi-périodique autour du point de Lagrange L2 du système Terre-Soleil. Ce point accueille depuis 2009 les satellites Herschel et Planck et accueillera dans les prochaines années la mission Gaia. Les satellites Herschel et Planck sont pris comme cas d'étude. Leurs orbites nominales sont déterminées par le calcul de la forme normale du problème circulaire restreint à 3 corps. Les orbites obtenues sont ensuite injectées dans le modèle dynamique de INPOP et stabilisées par la méthode de multiple-shooting. On développe un cadre analytique, basé sur le problème quasi-bicirculaire restreint, permettant de prédire l'effet d'un astéroïde en orbite circulaire sur les sondes. Les perturbations induites par des astéroïdes évoluant sur des orbites réalistes sont ensuite étudiées en intégrant avec INPOP les sondes successivement en présence et en absence d'astéroïdes particuliers. On montre que les effets des astéroïdes sont, de manière générale, négligeables.

Les incisions d'un paysage, formant généralement des terrasses, sont interprétées comme les marqueurs de changements climatiques ou tectoniques passé, de variations de niveau de base ou de rétroactions propres au système. Cette thèse propose de préciser leur interprétation en étudiant un système montagne-piémont. Une étude utilisant le modèle numérique CIDRE, a montré que des incisions autogéniques (sans changement climatique ou tectonique) se développaient dans le système s'il existait un seuil de transport non négligeable et une condition aux limites aval correspondant à une rivière transversale. Les incisions se propagent de l'apex du piémont vers l'aval et vers l'apex de la montagne. Les rétroactions avec la montagne sont d'autant plus importantes que le piémont est long. Le couplage montagne-piémont induit une réponse simple ou complexe du système à un changement climatique selon l'intensité de ce dernier. L'étude de cas naturels a montré que les taux d'érosion actuels des bassins versants au Chili sont essentiellement contrôlés par les débits moyens et des seuils de couverture végétale et de pente moyenne. Le système montagne-piémont de Las Tunas (Sud de Mendoza, Argentine) est incisé en trois niveaux terrasses. La géométrie des terrasses et leur continuité depuis le piémont jusqu'à la Cordillère sont précisées par nos données GPS. Elles attestent des fortes interactions entre montagne et piémont. Les analyses 10Be montrent que les incisions sont reliées aux cycles glaciaires-interglaciaires. Enfin, les profils de 10Be versus profondeur montrent une remobilisation des terrasses (faiblement pentées et déconnectées) sur plus de deux mètres de profondeur.

Les affleurements de Bevons, Nyons et Rosans dans le Sud-Est de la France, comme ceux du Numidien (Sicile, Tunisie, Maroc...) ou de la Tourelle (Canada) permettent l'observation de nombreuses injectites sableuses alimentées par des chenaux turbiditiques. Deux types d'injectites sont présents : les sills (horizontaux) et les dykes (verticaux), les dykes étant issus des sills. Leurs processus de mise en place sont, selon les auteurs, per ascensum, post-dépositionnels, et (sans doute le plus souvent) per descensum, contemporains de la mise en place du sable nourricier et objet de la présente étude. L'approche des mécanismes intervenant dans cette fracturation et la modélisation de celle-ci ont notamment pour but de préciser l'évolution de l'étanchéité des matériaux argileux pouvant constituer un site de stockage de déchets. D'un autre point de vue, des injections sableuses étant localisées entre des réservoirs contenant des hydrocarbures, une détermination de leur géométrie est nécessaire pour prédire les circulations potentielles de fluides durant la production. Un modèle géométrique a été établi à partir de ces observations et a permis de faire certaines hypothèses sur les mécanismes à prendre en compte dans les modélisations de cette fracturation et/ou injection. Plusieurs approches sont menées en parallèle : - L'étude de la compaction dans le massif, avant l'injection : pour des concentrations en sable assez élevées (> 35 %), le poids de la colonne de mélange d'injection est supérieure à la contrainte verticale dans la partie superficielle du massif. Cette inversion de densité peut être responsable du fait que l'injection se propage plutôt vers le bas dans le cas des dykes ou le long de discontinuités stratigraphiques (telles que les niveaux de cendres par exemple). Lorsque l'on descend dans les sédiments, la pression dans la colonne de mélange sableux varie linéairement avec la profondeur alors que la contrainte dans les sédiments varie non linéairement (issue d'une courbe de porosité en exponentielle). A partir d'une certaine profondeur, la pression fluide devient inférieure aux contraintes dans la succession sédimentaire : l'injection ne peut pas dépasser cette profondeur. Ainsi, la propagation des dykes est limitée par le poids de son encaissant. - L'utilisation de la fracturation hydraulique comme mécanisme de l'injection : la mécanique des roches et plus précisément les mécanismes d'hydrofracturation ont été testés pour tenter de modéliser ces observations à grande échelle. La force responsable de l'initiation et de la propagation des fractures est la pression due à la mise en place du chenal turbiditique. Le modèle tient compte du fait que l'injection doit soulever les terrains sus-jacents. Les premiers résultats ont permis de montrer que dès qu'une fracture horizontale est initiée, la propagation est rapide. L'ouverture obtenue (épaisseur d'un sill) est décamétrique, soit du même ordre de grandeur que les observations de terrain. - L'utilisation d'un fluide à seuil dans un réseau établi, avec des probabilités cohérentes avec la réalité des phénomènes entrant en jeu, a permis de déterminer les extensions maximales d'injection en accord avec les observations de terrain : - Un sill seul peut se propager sur 2400 m en quelques dizaines d'heures, - Un dyke seul peut descendre jusqu'à 400 m sous le paléofond de mer en quelques secondes, - Un réseau de sills et de dykes connectés (ce réseau étant connecté au chenal par un sill) peut avoir une extension horizontale de 1200 m et verticalement de 400 m, et se mettre en place en quelques heures. La formation des sills est plus longue que celle des dykes, la formation d'un sill seul dure plusieurs heures alors que celle d'un dyke dure quelques secondes. Lorsque les sills et les dykes sont connectés, le temps de propagation du réseau est d'environ 2 heures. Les dykes se forment toujours en quelques secondes et ont un effet sur la propagation des sills qui se propagent deux fois moins loin que s'ils étaient seuls.

Le remaniement sédimentaire sous forme de glissements synsédimentaires est un témoin de l'évolution géodynamique à long terme d'un bassin sédimentaire. Cette étude, réalisée dans le Bassin vocontien (SE France), dans le contexte paléogéographique d'une vallée sous-marine, a cherché à mettre en évidence le rôle des propriétés initiales du sédiment dans le phénomène de glissement. L'essentiel des travaux réalisés concerne les alternances marno-calcaires et leurs remaniements (slumps) pendant l'Hauterivien. La biostratigraphie des slumps a été réalisée grâce à l'abondance des ammonites. Pour caractériser la lithologie originelle de la tranche affectée par le glissement, une coupe composite représentative a été construite à partir de différentes coupes exemptes de slumps. La corrélation entre cette coupe composite et la coupe de Serres-Montclus, suivie d'une interprétation en temps, a permis de distinguer d'une part deux types du matériel glissé (alternance très marneuse et alternance riche en calcaire), et d'autre part de suggérer que les changements climatiques provoquent une condition (indirecte) favorable à la génération des glissements (cycles de Milankovitch). L'hétérogénéité de la masse glissée et des structures internes caractéristiques dans les slumps ont mis en évidence un mécanisme de désintégration (incomplète) par cisaillement dans les intervalles marneux. Une configuration initiale de la tranche affectée a été restaurée par une décompaction sommaire. Les éléments de base pour une modélisation géomécanique du comportement d'un massif hétérogène à alternance marno-calcaire, en cours de lithification sur la pente, ont été mis en place.

Le lait peut être utilisé comme indicateur de pollutions environementales car en général on est assuré de la bonne tracabilité de sa collecte. De nombreux solvants ont été utilisés pour séparer les principales phases du lait (protéines, lipides, sérum). Le mélange de solvants utilisés pour cette étude est le suivant: 1 vol de lait, 1 vol de solution NaCL à 0.9%, 2 vol d'éthanaol et 4 vol de dichlorométhane......

Les observations et les modèles globaux ont montré que l'écoulement vers l'ouest du Courant Equatorial Sud est perturbé par la topographie complexe du Pacifique Sud-Ouest. Il se concentre en jets zonaux associés aux îles de Fidji, Vanuatu et Nouvelle-Calédonie. Ce travail de thèse est motivé par la compréhension des processus non-linéaires et des effets topographiques. Une simulation régionale à haute résolution, a été réalisée. L'effort de validation du modèle a permis de mettre à jour un problème de diffusion diapycnale trop forte. Ce problème numérique a été résolu , ce qui permet désormais de préserver la structure thermohaline de grande échelle et l'intégrité de la solution dynamique régionale. La solution obtenue montre la présence de jets intenses avec des recirculations dans le sillage des îles et une tendance des jets à être déviés vers le nord en abordant les îles principales : Nouvelle-Calédonie, Vanuatu, Fidji. Des bilans de vorticité de l'écoulement permettent de mettre en évidence la prédominance des effets topographiques sur la circulation du Pacifique Sud-Ouest, bien que ces derniers soient en partie compensés par la baroclinicité et l'advection non linéaire. Les non-linéarités sont importantes pour les recirculations dans le sillage des îles. L'augmentation de la résolution conduit à des jets plus étroits et à une « vidange » des jets au sud des îles au profit de ceux au nord. Le Pacifique Sud-Ouest étant considéré comme une région clef dans la modulation décennale du climat, ce travail tend à affirmer la nécessité de prendre en compte plus finement les effets topographiques du Pacifique Sud-Ouest dans les modèles d'océan globaux et de climat.