Dans les milieux fortement hétérogènes, les ondes ne se propagent pas de façon balistique. Elles peuvent interagir de nombreuses fois avec les hétérogénéités du milieu et entrer ainsi dans le régime de diffusion multiple. Dans ce régime, les méthodes classiques d'imagerie basées sur les trajets des ondes directes ou simplement diffusées sont inefficaces. Les formes d'ondes multiplement diffusées (coda) sont trop complexes pour être modélisées exactement mais elles sont parfaitement reproductibles et très sensibles aux variations du milieu de propagation. Des travaux récents ont démontré la possibilité de mesurer de faibles changements de vitesse d'un milieu grâce aux ondes diffuses, à l'échelle de la croûte terrestre (coda sismique) comme à l'échelle des matériaux (coda ultrasonore). Ces travaux s'intéressent majoritairement à des changements globaux ou régionaux des différents milieux. La problématique de cette thèse concerne la possibilité d'utiliser la coda pour étudier des changements locaux du milieu. Deux études complémentaires sont développées : Le problème direct consiste à modéliser les variations de la coda engendrées par un changement local. Nous distinguons le cas d'un changement local de structure (fort contraste d'impédance) du cas d'un changement local de vitesse (faible contraste d'impédance). Le problème inverse consiste à utiliser les mesures de variations de la coda pour tenter de localiser et de caractériser les changements survenus. Les applications potentielles de ces travaux concernent entre autres le suivi temporel de structures géologiques ainsi que le contrôle non destructif de matériaux hétérogènes. Avec cet objectif, les différentes méthodes développées sont illustrées par des simulations numériques d'ondes acoustiques et sismiques ainsi que par des expériences en ultrasons dans des éléments en béton.

Nous avons tenté, dans une première partie, de rassembler les connaissances géologiques sur la région en apportant nos propres observations et les hypothèses qui peuvent en découler. En second lieu, à partir de l'étude des caractéristiques hydrogéologiques des formations rencontrées, nous avons essayé de dresser le bilan hydrologique du plateau. Enfin, dans une conclusion générale, nous avons associé les problèmes économiques à ceux que posent la recherche de l'eau.

Les systèmes méandriformes construisent, à long terme, des architectures sédimentaires composées de corps poreux disséminés dans un volume de sédiments peu perméables. Ces corps sont susceptibles de contenir des ressources naturelles. Afin d'optimiser leur exploitation, il importe d'estimer la répartition et la connectivité de ces corps. À cet effet, Mines-Paristech développe Flumy, un logiciel de modélisation par processus de ces architectures . Cette thèse vise à améliorer la simulation de la migration dans Flumy en introduisant une influence.Pour cela, trois différents modèles ont été reliés entre eux et comparés. Le premier (modèle à pente constante) est celui actuellement en place dans Flumy, héritier des travaux de [Ikeda 1981] et dans lequel la pente de la surface du cours d'eau est constante. Le deuxième (modèle à pente variable) fut proposé par [Lopez 2003]. Il attribue à la surface libre la pente locale de la topographie. Enfin, un dernier modèle (modèle Saint Venant) a été élaboré en modifiant le précédent. L'écoulement moyen, initialement calculé sous une surface libre connue, est désormais obtenu par résolution des équations de Saint Venant sur un fond connu. Ces trois modèles ont été appliqués à la migration à long terme de méandres libres. Les modèles à pente constante et à pente variable ont également été utilisés pour reproduire les méandres confinés de deux rivières canadiennes, la Beaver et la Red Deer.Les résultats montrent un développement plus réaliste des méandres simulés avec le modèle à pente variable que de ceux simulés avec le modèle à pente constante. Cette amélioration est observable dans les méandres isolés (ralentissement de la vitesse d'extension) et dans les trains de méandres (confinement en ceintures de méandres). Le modèle à pente variable permet également une meilleure reproduction de la morphologie des méandres confinés. L'utilisation du modèle Saint Venant apporte les mêmes améliorations dans la simulation des méandres libres, quoique moins prononcées. Il permet surtout de construire une surface libre physique sur une grande variété de fonds, résolvant ainsi une limite identifiée dans le modèle à pente variable.

Dans cette thèse des actions conformes de cohomogénéité un sur l'univers d'Einstein tridimensionel sont classifiées. Notre stratégie est d'établir dans un premier temps quel peut être le groupe de transformations conformes impliqué, à conjugaison près. Nous décrivons aussi la topologie et la nature causale des orbites d'une telle action. / In this thesis, the conformal actions of cohomogeneity one on the three-dimensional Einstein universe are classified. Our strategy in this study is to determine the representation of the acting group in the group of conformal transformations of Einstein universe up to conjugacy. Also, we describe the topology and the causal character of the orbits induced by cohomogeneity one actions in Einstein universe.

L'étude cinématique des galaxies locales et lointaines permet de contraindre les scénarios de formation et d'évolution des galaxies. Pour cela, la spectroscopie à champ intégral permet une étude détaillée de la cinématique des galaxies proches et fournit depuis peu des indices sur la cinématique des galaxies lointaines. Cette thèse s'appuie principalement sur l'utilisation de l'échantillon cinématique de galaxies locales GHASP. Cet échantillon de référence composé de 203 galaxies spirales et irrégulières de l'Univers local dans des environnements peu denses observées par interférométrie de Fabry-Perot autour de la raie Hα (6563 Å) est le plus grand échantillon de données Fabry-Perot à ce jour. Après un passage en revue des principes de l'interférométrie Fabry-Perot et des nouveautés apportées à la réduction des données Fabry-Perot, mon implication dans le développement du 3D-NTT, nouvel instrument utilisant deux Fabry-Perot est exposée de même que ma participation au projet de spectrographe à grand champ pour les ELT, WFSpec, dont l'objectif est l'étude de l'évolution des galaxies. Je présente dans une deuxième partie les données GHASP. Cet échantillon a été entièrement réduit et analysé à l'aide de nouvelles méthodes. L'analyse cinématique de l'échantillon à partir des cartes cinématiques 2D a été initiée en particulier avec l'étude de la distribution des halos de matière sombre, de la forme des courbes de rotation, de l'influence des potentiels barrés et de la dispersion de vitesses du gaz ionisé. Dans une troisième partie, cet échantillon local sert de point de référence pour l'étude de la cinématique des galaxies lointaines. L'échantillon GHASP est projeté à grand décalage spectral (z = 1.7) afin de déterminer les biais observationnels liés au manque de résolution spatiale des données cinématiques de galaxies lointaines obtenues par SINFONI, OSIRIS et GIRAFFE. L'analyse cinématique de nouvelles observations SINFONI y est également présentée, et l'ensemble des données cinématiques 2D de la littérature est mis en regard avec les résultats obtenus sur l'échantillon GHASP, mettant en évidence une évolution du support dynamique des galaxies avec le temps.

Les trous noirs primordiaux sont une sonde exceptionnelle pour rechercher des effets de nouvelle physique, à l'intersection de la relativité générale, de la mécanique quantique, de la physique des particules et de la cosmologie. Ce mémoire présente quelques pistes d'études relatives à ces objets astrophysiques fascinants. D'abord, autour de leur recherche via l'étude des rayons cosmiques qui seraient émis par évaporation de Hawking. Des liens entre les limites obtenues et les modèles d'inflation sont ensuite proposés afin d'obtenir une borne supérieure très contraignante - et totalement inaccessible aux observables usuelles que sont le fond diffus et les grandes structures - sur la puissance aux petites échelles dans l'Univers primordial. La fin de l'évaporation des trous noirs est etudiée en gravité de corde et leur statut de candidat à la matière noire froide revisité dans le cadre des modèles à brisure d'invariance d'échelle. Enfin, dans le cadre des modèles à basse échelle de Planck (c'est-à-dire présentant de larges dimensions supplémentaires), la formation de trous noirs auprès des collisionneurs est envisagée. Nous montrons que des effets de gravité quantique (couplage de Gauss-Bonnet) pourraient être sondés au LHC. Quelques voies d'investigations futures, liées à la présence d'une constante cosmologique ou au rayonnement cosmique d'énergie extrême sont esquissées.

L'exploration de l'Univers lointain connait présentement un essor sans précédent, grâce notamment à une instrumentation de pointe en perpétuelle amélioration. Les galaxies primordiales sont devenues accessibles par une signature spectrale très intense : la raie de recombinaison de l'hydrogène Lyα. En procède une pléthore d'applications cosmologiques, qui demeurent cependant très fragiles et en proie à diverses incertitudes. En cause, la complexité du transfert radiatif de Lyα, qui est une raie résonante. La présente thèse a pour principal objectif la calibration et la consolidation des quantités, observations et interprétations astrophysiques basées sur l'émission Lyα, en particulier dans l'univers lointain. L'approche principale consiste à observer les analogues locaux des galaxies a flambée de formation d'étoiles distantes, permettant une étude détaillée de la physique Lyα à haute résolution grâce au télescope spatial Hubble. Une étude numérique présente ensuite la simulation du transfert radiatif de Lyα dans les galaxies locales et à un décalage spectral de 3, et le lien entre différentes populations de galaxies. Enfin, la dernière partie de ce travail présente une estimation empirique d'une quantité physique cruciale pour la calibration des observables Lyα, à savoir la fraction d'échappement fesc(Lyα), ainsi que les caractéristiques physiques des émetteurs Lyα détectés par GALEX.

L'objectif de la recherche est l'etude de l'evolution morphogenique et du detritisme alluvial dans le bassin de la moyenne Durance. Plusieurs methodes sont utilisees : l'analyse geomorphologique et sedimento-stratigraphique des depots ; l'etude dendrogeomorphologique d'un bassin de "terres noires" dans lequel les sediments postglaciaires contiennent un gisement important d'arbres subfossiles; l'etude geo-archeologique de plusieurs sites de plaine alluviale ; l'exploitation des donnees d'archives (textes et cartes anciennes). Les organismes fluviaux de rang inferieurs connaissent un alluvionnement important a partir de l'Allerod jusqu'a la periode atlantique, l'essentiel de la sedimentation s'effectuant au boreal. Plusieurs crises detritiques sont mises en evidence, au debut du dryas recent, a la fin du preboreal, au boreal et au debut de l'atlantique. Elles succedent a des periodes de stabilite des fonds alluviaux, de developpement d'un couvert vegetal arborescent de pins sylvestres (pinus silvestris) (bois subfossiles). Ces nappes alluviales temoignent de crises climatiques caracterisees par une frequence elevee d'episodes pluvieux de forte intensite. Nos resultats s'accordent bien avec les interpretations paleoclimatiques recentes. La periode atlantique est caracterisee par une phase de pedogenese sur les versants, une attenuation de la sedimentation dans les talwegs puis une reprise de l'incision. Cette evolution temoigne d'une reduction des flux detritiques et d'une concentration des ecoulements en relation avec un "optimum forestier" et des regimes de precipitation plus reguliers. Enfin, plusieurs nappes alluviales se mettent en place au cours de la seconde partie de l'holocene, a la charniere de l'atlantique et du subboreal, au cours des ages des metaux (age du fer), a la fin de l'antiquite et durant les temps modernes. Elles sont en relation avec des deteriorations climatiques et les effets des modes de mise en valeur par les societes humaines. Cette etude souligne le role souvent determinant de la variable climatique dans l'evolution de la morphogenese fluviale sud-alpine, le parametre anthropique ne jouant qu'un role subsidiaire.

Les injections de CO2 à l'échelle industrielle, dans les aquifères salins profonds, vont affecter le système naturel en induisant des perturbations des gradients de pression à court et à moyen terme.Des études prévisionnelles sont nécessaires pour évaluer les risques de contamination (fuites de CO2, déplacement des fluides natifs) et les risques d'interférences entre projets d'injection ou entre utilisations du sous-sol.Les aquifères salins étant généralement peu caractérisés, les incertitudes géologiques sont à considérer lors de l'étude de faisabilité du stockage et des risques associés puisque les paramètres géologiques influencent la réponse du système à l'injection.Nous nous sommes intéressés aux incertitudes résultantes en termes de prévisions de perturbations de pression et de migration de CO2 et à leurs conséquences sur la faisabilité des projets de stockage.Dans un premier temps, les incertitudes de modélisation (changement d'échelle, résolution de la variabilité spatiale des propriétés pétrophysiques) et géologiques (propriétés pétrophysiques de la formation d'injection et de la couverture) ont été étudiées sur des modèles 2D conceptuels. L'objectif étant de balayer les champ d'incertitudes pour des modèles peu coûteux en temps de calcul, pour ensuite, réduire les évaluations à effectuer dans le cadre de la modélisation 3D régionale du système souterrain et y appliquer des méthodes simplifiées, validées en deux dimensions.Des centaines de réalisations stochastiques sont utilisées pour évaluer l'influence de la variabilité spatiale de la perméabilité. Pour limiter le nombre de simulations d'écoulement à effectuer, des méthodes de sélection de réalisations, à partir de "proxy-response" (i.e. approximation de la réponse par une méthode de calcul simplifiée) ont été testées et validées.Ensuite, les modèles 3D sont construits à partir des données d'un modèle hydrogéologique du bassin parisien. Différents scénarios d'injection sont envisagés. La sensibilité de la réponse est étudiée principalement par rapport à la variabilité spatiale de la perméabilité et à la compressibilité des pores. Cette dernière étape permet de mieux appréhender les risques d'interférences en fonction des incertitudes majeures, d'une part des paramètres géologiques, et d'autre part des paramètres physiques liés à l'injection.

Le processus de retrait-gonflement des sols argileux est à l'origine des dommages au bâti durant les périodes de sécheresse. Dans cette thèse, les processus de retrait-gonflement de deux formations de sol argileux en France qui sont les Argiles Plastiques du Sparnacien et l'argile d'Héricourt du Lias sont étudiés à différentes échelles et différents états (intact, remanié, compacté et traité à la chaux) en considérant spécialement le rôle de la microstructure. Pour ce faire, une partie de la recherche est réalisée sur la caractérisation des sols étudiés pour analyser leurs propriétés minéralogiques, microstructurales, géotechniques et hydriques par rapport à leur propriété de retrait-gonflement. La deuxième partie de la recherche est consacrée à l'analyse des processus de gonflement, de retrait, de fissuration des sols au cours d'un cycle simple ou de cycles répétés d'humidification-séchage à l'échelle de l'éprouvette. Les processus de retrait-gonflement de sol à une échelle plus grande sont étudiés dans la troisième partie en réalisant les essais d'infiltration et d'évaporation dans une chambre environnementale. Les résultats obtenus mettent en évidence les différences de comportement au retrait-gonflement pour différents états des sols étudiés. Les minéraux argileux ainsi que le quartz, les carbonates et des hydrates, mais aussi la microstructure des sols contrôlent ces phénomènes de retrait-gonflement lors des échanges hydriques. Tous les changements de volume de sol argileux au cours de gonflement-retrait sont gouvernés principalement par la famille de pores inter-agrégats naturels. Ces résultats sont apportés par les analyses microstructurales porosimétriques et au MEB.