Le travail qui est présenté dans ce document a été réalisé au laboratoire G.3S (Groupement pour l'étude des Structures Souterraines de Stockage) de l'Ecole Polytechnique, à Palaiseau. Le G.3S est un G.I.P. (Groupement d'Intérêt Public) fonctionnant grâce à la réalisation de contrats de recherches industrielles. Ces recherches, à caractère expérimental ou de modélisation numérique, portent pour la plupart sur les roches intéressant le stockage souterrain, de déchets radioactifs en particulier. L'accent est mis sur les différents couplages thermohydromécaniques (THM) susceptibles d'intervenir, au champ proche comme au champ lointain.

Th. doct.-ing.--Toulouse 3, 1977. N°: 604.

No / Although some limited consideration has been given to the possibility of links between the early medieval ceramic traditions of the Western Isles and the souterrain ware of north-east Ireland, these have tended to be framed in the context of supposed Dalriadic cultural infl uence fl owing from Ireland to Scotland. A re-evaluation of the possible relationships between these pottery styles suggests that souterrain ware might instead be seen as part of a regional expansion of western Scottish pottery styles in the seventh¿eighth centuries AD. This raises the question of what social processes might underlie the cross-regional patterning evident in what remains a vernacular, rather than a high-status, technology.

Contrairement à la croyance populaire, la canneberge ne pousse pas dans l’eau et la gamme de potentiel matriciel de l’eau dans le sol optimale pour la croissance des plants se situe entre −3.0 et −7.5 kPa. Un sol gorgé d’eau et mal aéré diminue la capacité des plants à prélever les nutriments dans le sol et peut augmenter les maladies racinaires. Il est donc primordial d’entretenir un système de drainage efficace afin de maintenir les plants dans un environnement optimal. L’objectif de ce projet était le développement d’une méthode de diagnostic des systèmes de drainage souterrain dans la production de canneberges. Les hypothèses étaient : (a) les variabilités spatiales verticale et horizontale des propriétés hydrodynamiques du sol influence l’efficacité d’un système de drainage et (b) l’étude de données tensiométriques et de l’évolution de la hauteur de la nappe en fonction du temps permet de déterminer l’efficacité d’un système de drainage. Aux étés 2013 et 2014, un dispositif expérimental de suivi de la nappe (puits d’observation, tensiomètres, sondes de pression) a été mis en place sur 21 champs. En parallèle, 960 échantillons de sol ont été prélevés sur huit champs et rapportés en laboratoire afin d’estimer la variabilité spatiale des propriétés hydrodynamiques du sol. Les analyses des données obtenues de vitesse de rabattement de la nappe, conductivité hydraulique à saturation, masse volumique, porosité, rendement, granulométrie, paramètres de rétention en eau et teneurs en eau du sol ont permis de mettre en évidence leur influence sur le rendement et l’efficacité de drainage. En se basant sur des courbes de rabattement de la nappe, la vitesse de rabattement de la nappe et le profil de charge, une charte de diagnostic a pu être développée. Cette charte de diagnostic, à l’issue de quatre grandes questions directrices, permet l’identification d’un possible problème de drainage. / Efficient drainage systems are essential in the development of more intelligent precision irrigation methods in cranberry production. Most cranberry fields are equipped with subsurface drainage systems used for excess water removal and water table control. In fact, cranberry reveals high sensitivity to wet conditions with an important decrease in crop yields caused almost exclusively by dysfunctional drainage systems. Previous works have highlighted the need to improve existing drainage systems. The main objective of this study was to develop a real-time method for assessment of subsurface drainage system performance. The hypotheses were : (a) the vertical and horizontal spatial variability of the hydrodynamic soil properties influence underground drainage system efficiency and (b) the study of tensiometric data and changes in the water table height versus time, allows us to assess drainage system efficiency. During the 2013 and 2014 crop seasons, real-time experimental devices (observation wells, tensiometers, and pressure sensors) were installed in 21 fields (13 in Manseau and eight in the Lac-St-Jean region, Québec, Canada) in order to monitor the water table and soil matric potential. In order to assess the relationship between drainage efficiency and soil properties, 960 undisturbed soil cores were collected over eight fields and brought back to the laboratory for hydrodynamic soil properties characterization. Data obtained from water table drawdown speed, saturated hydraulic conductivity, bulk density, porosity, granulometry, water retention parameters and water contents allowed to highlight their influence on crop yields and drainage efficiency. Based on water table drawdown curve, water table drawdown speed and water height profile, a diagnostic diagram was developed. This diagnostic charter, based on four guiding questions, allows for the identification of drainage problems.

La production de gaz à partir de réservoirs de stockage souterrains en aquifère est parfois associée à l'érosion de particules solides issues de la matrice rocheuse. Ces venues de solides engendrées par l'écoulement de gaz peuvent causer des dommages aux équipements sur site amenant l'opérateur à limiter, voire à stopper, la production des puits. L'injection de polymères hydrosolubles (polyacrylamide linéaire ou microgels) est une solution très efficace pour réduire et, dans certains cas, stopper la production de solides comme l'ont montré les résultats des essais réalisés en France sur des réservoirs de Storengy - GDF Suez.Une étude expérimentale a été réalisée pour améliorer la compréhension des mécanismes à l’origine de l’efficacité des traitements polymères et améliorer leur performance. Les essais ont permis d’identifier et de quantifier deux effets distincts des traitements sur les venues de solides : la consolidation inter-granulaire et le recouvrement des pores par le polymère. Il a, ainsi, été mis en évidence l’impact de la couche de polymère adsorbé sur la mobilisation des particules colloïdales se trouvant à la surface des pores (appelées fines) et celui de la formation de liaisons solides entre des particules non cohésives sur la (re)consolidation de la matrice rocheuse. Dans sur le premier cas, le polymère agit, sous un angle préventif, comme une barrière physico-chimique empêchant le détachement des fines pouvant former le ciment inter-granulaire et l’efficacité des traitements est fonction de la proportion de surface de pores recouverte par le polymère. Dans le second cas, le polymère prend la place du ciment délité ; l’efficacité et la durabilité des traitements dépendent alors des propriétés mécaniques des liens solides inter-granulaires formés après assèchement des ponts capillaires / Gas production from underground geological reservoirs in aquifers is sometimes associated with the erosion of solid particles from the rock matrix. These solids venues generated by the gas flow can cause damages to the equipment on site leading the operator to limit or stop the production of wells. The injection of hydro-soluble polymers (linear polyacrylamide or microgels) is one of the promising techniques employed today to reduce and, in some cases, stop the production of solids as demonstrated by the results of tests conducted in France on reservoirs of Storengy - GDF Suez.An experimental study was conducted to better understand the mechanisms underlying the performance of polymer treatments and to increase their efficiency. Two main aspects have been experimentally evidenced: sand grains consolidation and polymer coating of the pore surface. Tests were carried out to accurately assess the impact of the adsorption of polymer on the mobilization of particles (called fines) and a comprehensive study was conducted showing the properties of treatments to (re)consolidate the rock matrix. In the first case, the polymer acts as a physicochemical barrier preventing the detachment of fines that can form the inter-granular cement and the effectiveness of treatments is based on the proportion of pores surface covered by the polymer. In the second case, the polymer takes the place of cleaved cement; the effectiveness and durability of treatments thus depend on mechanical properties of the inter-granular solids bounds formed after drying of capillary bridges

Cette étude est consacrée au comportement transitoire des cavités salines profondes. Dans la littérature, les auteurs se sont surtout intéressés au calcul du comportement des cavités salines sous chargement constant ou cyclique et à l'analyse du comportement d'éprouvettes de laboratoire en régime transitoire. Dans cette étude, on s'intéresse aux conséquences de ce dernier pour le comportement des cavités salines. Ainsi, on montre qu'une cavité est un système complexe, siège d'évolutions mécanique, thermique, chimique et hydraulique. L'importance des évolutions transitoires, notamment le rôle du fluage inverse dans l'interprétation de l'essai d'étanchéité dans une cavité saline, est mis en évidence. On caractérise le fluage par une formulation de la loi de c! omportement qui présente l'avantage, d'un point de vue pratique, de ne comporter qu'un nombre réduit de paramètres tout en rendant compte de l'essentiel de ce qui est observé en place. On discute l'apparition de la rupture en traction effective dans une cavité saline soumise à un accroissement rapide de la pression. On développe également un modèle adapté au comportement à très long terme (après abandon). Là aussi un grand nombre de phénomènes, plus ou moins couplés, interviennent, alors que la littérature existante n'en prenait en général en compte que quelques uns, ce qui pouvait conduire à une interprétation inexacte des résultats d'essais d'abandon effectués in situ.

La culture de canneberges, étant intensément drainée souterrainement, peut accélérer le transport des particules fines dans le sol. Ce projet vise à évaluer la migration des particules fines dans les sols de canneberges. Cette expérience a été mise en place sur 3 sites (A, B, C) de production au Québec. Un traceur physique inerte, l'oxyde de zirconium (ZrO2), a été appliqué sur des parcelles de 25 x 25 cm au début de l'été 2014. Les parcelles étaient munies de puits d'observation de la nappe et de tensiomètres (TX3) positionnés sur le drain, au quart de l'écartement et à demi-écartement, à 10 et à 20 cm de profondeur. De plus, deux puits d'observation de la nappe supplémentaires par site ont été installés dans le milieu naturel à côté du champ. Des colonnes de sol de 60 cm de long et de 6 cm de diamètre ont été échantillonnées sur chacun des sites en août 2014 (T1) et juillet 2015 (T2), pour un total de 18 colonnes. Celles-ci ont été coupées et séchées en segments de 2 cm d'épaisseur, donnant ainsi 30 échantillons de sol par colonne. La concentration de ZrO2 a été mesurée par spectromètre de fluorescence rayon-X (EDXRF). La granulométrie a aussi été mesurée sur les mêmes segments afin d'identifier des zones d'accumulation de particules fines. Les résultats obtenus par EDXRF ont montré une migration de ZrO2 sur toutes les colonnes à 10 cm de profondeur au T1, soit la profondeur racinaire de la canneberge. Cependant au T2, les colonnes du site C ont montré une migration entre 15 à 30 cm de profondeur. Le site A et B sont plus susceptibles au problème de colmatage que le site C.

La culture de sphaigne est la production durable de biomasse de sphaigne sur une base renouvelable et cyclique. Un système de contrôle de l’eau est nécessaire pour maintenir le niveau de la nappe phréatique à une valeur définie au cours de la saison de croissance dans un contexte de conditions climatiques variables. Peu d’information et de documentation sont disponibles concernant la conception et l’opération de systèmes de contrôle de l’eau dans les bassins de culture de sphaigne. Les objectifs de ce projet sont de définir, concevoir et réaliser le système de drainage et d’irrigation souterraine pour la culture de sphaigne et de développer un système de contrôle correspondant aux contraintes du site de Shippagan au Nouveau-Brunswick installé en 2014. La définition d’un système d’irrigation et de drainage adapté est basée sur les connaissances du drainage et de l’irrigation en agriculture et des besoins physiologiques de la sphaigne. Le développement des équipements a été réalisé en adaptant les concepts du système aux contraintes du site. L’analyse du système comprend les mesures à effectuer, les éléments à contrôler et les consignes d’opération. Les appareils de mesure du niveau de l’eau permettent d’évaluer et de transmettre au contrôle central les niveaux d’eau des fossés et de la nappe phréatique. Le contrôle central analyse les conditions et contrôle les pompes et les barrages à hauteur variable. L’énergie est fournie par un système de panneaux solaires et de batteries. Les barrages à hauteur variable permettent d’ajuster le niveau d’eau dans les fossés. Le système et les équipements développés répondent aux objectifs de conception. Des améliorations et une optimisation sont à faire. Le système permettra de continuer les travaux notamment au niveau de la modélisation de l’écoulement de l’eau et du contrôle prédictif. / Sphagnum farming is the cultivation of Sphagnum mosses to produce biomass of non-decomposed Sphagnum fibers on a cyclic and renewable basis. A water control system is required to maintain the water table level through the season, in the context of variable weather conditions. A drainage and sub-irrigation system has been designed and installed in 2014 on the Sphagnum farming site near Shippagan (N.B). The objectives of this project are to define the drainage and irrigation system for Sphagnum farming and develop an adapted system for the site. The design of the system is based on the Sphagnum requirements, agricultural knowledge of drainage and irrigation and respect of site constrains. Water level measurement equipment allows evaluation and transmission of the water table level and the water level in ditches to the central control. The central control analyzes the conditions and control the pumps and the variable level dams. The energy is supplied by a system of solar panels and batteries. The variable level dam adapts the water output level in the control structure. The developed system achieves the design objectives. Improvement and optimization are planned. The system will be the basis of future research, in particular about flow modeling and predictive control.

Depuis les années 70, le niveau de l'eau dans les aquifères du sous-sol de la ville de Ouagadougou a subi des fluctuations considérables. Dans cette thèse, 1) nous avons mis en place un réseau piézométrique local autour du piézomètre CIEH à l'Université de Ouagadougou, 2) observé les fluctuations du niveau d'eau dans ce réseau piézométrique au cours d'une année hydrologique, 3) modélisé, en utilisant un modèle boîte 1D simple, le niveau de l'eau dans le réseau piézométrique, 4) évalué la capacité de mesure gravimétrique pour mesurer les fluctuations du niveau d'eau lors d'une modélisation de pompage de l'aquifère pendant 7 jours, 5) mesuré la variabilité des principaux éléments chimiques dans notre réseau piézométrique entre la fin de la saison sèche et la fin de la saison des pluies.Le modèle boîte 1D choisi est dérivé du modèle de GARDENIA du BRGM. Il comporte trois réservoirs, le premier décrit les premiers centimètres du sol où l'évapotranspiration intervient, le second joue le rôle d'un tampon d'entrée de l'eau dans le troisième réservoir aquifère. La modélisation de l'ensemble du réseau piézométrique au cours d'une année hydrologique permet d'évaluer un bilan de précipitations. Les résultats obtenus correspondent à l'occupation des terres de chaque puits, ancien faubourg, zone naturelle et zone récemment urbanisée. Une tentative de modéliser l'ensemble des niveaux piézométriques, depuis 1978 au CIEH a échoué et cela est interprété comme un effet de l'utilisation des terres, combinée à la nécessité d'utiliser des coefficients différents pour une année sèche et une année très humide. Comme les paramètres hydrologiques varient en fonction du climat et de l'utilisation des terres près du CIEH, la méthode habituelle en utilisant les premières années de l'enregistrement pour l'étalonnage du modèle et les années suivantes pour l'évaluation de la validité du modèle ne peut pas être appliquée.Les 7 jours de test de pompage théorique de l'aquifère ont été modélisés en utilisant MODFOW/PMWIN et une grille d'espacement variable avec un maillage de 0,2 m près du puits augmentant progressivement jusqu'à 2 km près de la frontière de la boîte de modélisation a été conçue. Ce modèle est calibré sur des solutions analytiques et numériques publiées dans la littérature et est combiné avec un modèle gravimétrique fonctionnant sur la même grille. Les résultats de gravité ont été à nouveau validés sur la littérature. Trois cas tests ont été étudiés 1) pompage dans la couche de la latérite, 2) pompage dans le milieu fissuré horizontalement sous les latérites, 3) pompage dans une fracture où le milieu fissuré est profond. Les propriétés hydrauliques de la latérite étaient censées être connues, alors que la conductivité hydraulique était inconnue. Pour le cas de la fracture, il est démontré que, aujourd'hui, les données de gravité seules ne sont pas en mesure de limiter la conductivité inconnue de la couche fissurée. Cependant, le nivellement des données sur l'affaissement des latérites pendant le pompage, combiné avec les données gravimétriques, permet de récupérer ce paramètre avec une incertitude raisonnable.Nos analyses chimiques étaient de mauvaise qualité. Cependant, en se concentrant sur les sulfures et les nitrates, qui ne présentent pas d'erreurs notables, il se confirme 1) qu'il y a encore dans la ville de Ouagadougou des eaux souterraines de qualité potable (à confirmer par des analyses plus approfondies), 2) que les niveaux de sulfure et de nitrate élevés peuvent être atteints au cours de la saison des pluies (c'est probablement lié à la montée des eaux près de la surface). Il est suggéré en conclusion que des résultats intéressants peuvent être obtenus à Ouagadougou par la surveillance à long terme de quelques piézomètres à la fois pour le niveau et pour la qualité de l'eau. / During the 70s the water level in basement aquifers of the city of Ouagadougou underwent large level fluctuations. In this PhD thesis 1) we set up a local piezometric network around the so called CIEH piezometer in the University of Ouagadougou, 2) observe the fluctuations of the water level in this piezometric network during one hydrologic year, 3) model, using a 1D simplified box model the water level in the piezometric network, 4) assess the capability of gravimetric measurement to measure water level fluctuations during a 7 days aquifer test, 5) measure the variability of major chemical species in our piezometric network between the end of the dry season and the end of the rain season.The 1D box model is derived from the GARDENIA model of BRGM. It involves three compartments, the first ones describes the first few centimeters of soil, from which evapotranpiration is supposed to take place; the second one buffers the input of water to the third one which the aquifer. Modeling the whole piezometric network during one hydrological year allows to compute a rainfall budget. The results correspond the land occupation of each well, old suburb; natural area, and recently urbanized area. An attempt to model the whole piezometric record, lasting since 1978 at CIEH was unsuccessful and this is interpreted as an effect of land use change, combined to the need of different coefficients for a dry year and a very wet year. As the hydrological parameters are drifting as function of climate and of land use changes near the CIEH well, the usual method using the first years of the record for calibration of the model and the following years for its assessment cannot therefore be applied.The theoretical 7 days aquifer test experiment was modeled using MODFOW/PMWIN and a variable spacing grid with a mesh size of 0.2 m near the pumped borehole increasing progressively to nearly 2 km at the border of the modeling box. This model is calibrated along analytic and numerical solutions published in the literature and is combined with a gravimetric model operating on the same grid. The gravity results were once again validated against published literature. Three cases of aquifer test were considered : 1) pumping in the laterite layer, 2) pumping in the horizontally fissure medium below the laterites, 3) pumping in a fracture where the fissured medium is deepening. The hydraulic properties of laterite were supposed to be known, while the hydraulic conductivity of the fissured medium was unknown. For the case of the fracture, it is shown that with present days accuracy gravity data are not able alone to constrain the unknown conductivity of the fissured layer. However leveling data on the subsidence of laterites during pumping when combined with gravity data allow recovering this parameter with a reasonable accuracy.Our chemical analyses were of poor quality. However focusing on sulfides and nitrates, which should not be strongly affected with errors confirm 1) that there are still inside Ouagadougou groundwater of potable quality (to be confirmed with more extensive analyses), 2)high sulfide and nitrate levels can be reached during the rain season (this is probably linked the water level rising near the surface).It is suggested in conclusion that valuable results could be obtained in Ouagadougou by long term monitoring of a few piezometers both for water level and for water quality.

Le milieu souterrain est une étape importante dans l'histoire évolutive des arthropodes. Selon l'hypothèse de Ghilarov, les sols, de par leur nature poreuse, ont permis le passage du milieu aquatique au milieu aérien. Les cavernes auraient été colonisées plus tard, par des espèces provenant de la surface. Sol profond, ou milieu endogé, et cavernes partagent nombre de caractéristiques: obscurité, atmosphère généralement saturée en eau, amplitude thermique réduite. Elles diffèrent cependant par l'espace disponible pour se mouvoir et par la présence dans certaines cavernes d'inondations pendant l'hiver. Au vu de ces caractéristiques abiotiques, l'objectif de ce travail a été l'identification d'analogies et de différences morphologiques, physiologiques, écologiques et trophiques entre les acariens vivant dans le sol profond et ceux vivant dans les cavernes, et la mise en relation de ces caractéristiques avec les facteurs du milieu. Une étude extensive des acariens de 25 grottes wallonnes a permis de conclure que leur abondance était fortement diminuée dans les sites inondables. Au moins six nouvelles espèces ont été découvertes. Il existe peu de similarité des peuplements entre cavernes géographiquement proches, ce qui est expliqué par la structure fragmentée de celles-ci. Une étude plus intensive de deux cavernes, des deux sols forestiers situés au-dessus de celles-ci et d'un troisième site endogé sur schiste a été réalisée. La répartition spatiale du carbone ne diffère pas systématiquement entre les deux habitats considérés. La matière organique semble être le principal facteur limitant et structurant pour les populations d'acariens dans le milieu endogé. Dans les cavernes, la plus grande mobilité des acariens liée à l'espace disponible semble partiellement masquer les structures spatiales. L'abondance des microarthropodes est fortement influencée par les inondations dans les grottes. Elles tuent une partie des individus présents, en emportent d'autres et importent des espèces accidentelles, qui sont destinées à mourir, éventuellement dévorées par des prédateurs. Les communautés des deux habitats sont bien distinctes, et les peuplements cavernicoles sont plus variables que les endogés. Un certain nombre d'espèces strictement troglobies ou endogées ont été récoltées, ce qui pourrait être expliqué par une compétition interspécifique faible. Les prédateurs et phorétiques sont plus nombreux dans les cavernes que dans les sols. Du fait de l'espace disponible, les acariens cavernicoles peuvent être de plus grande taille que les endogés. La proportion d'Oribates "supérieurs" (Brachypilina) augmente suivant l'humidité de microhabitats, des cavernes jusqu'aux écorces. Cela est interprété comme une séquence évolutive d'habitats, les adaptations à la sécheresse étant considérées comme responsables de l'importante radiation observée chez les Brachypilina. De ce fait, une hypothèse nouvelle de colonisation des cavernes est proposée, sans passage par les milieux de surface. D'autres adaptations sont relevées au niveau spécifique, grâce à la comparaison de deux espèces d'Oppiidae: Medioppia obsoleta, espèce endogée, et Hypogeoppia n.sp., espèce troglobie. L'espèce cavernicole a de plus longs ongles pour se déplacer plus facilement sur des substrats gorgés d'eau, et des taenidies pour résister aux immersions dans l'eau. Cette étude démontre que les acariens des milieux souterrains peuvent être valablement étudiés dans une optique adaptative et évolutive.