Autrefois région fortement industrialisée, la Lorraine connaît actuellement des problèmes d'affaissements miniers. Imprévisibles et violents dans le bassin ferrifère, ils provoquent des dégâts importants aux structures implantées en surface, nécessitant parfois le relogement des habitants. Lents et progressifs dans le bassin houiller, les structures touchées penchent, contraignant les gens à s'adapter à un nouvel environnement de vie "en pente". Classiquement étudiés dans le cas de catastrophes naturelles ou industrielles, ces dégradations de l'environnement de vie peuvent avoir des répercussions néfastes sur la santé physique et mentale des individus. Il a également été montré que l'environnement de vie, physique et social, avait un impact sur l'état de santé tant physique que psychologique des individus. L'objectif de ce travail est d'étudier les impacts psychosociaux des dégradations de l'espace de vie sur la santé des individus, dans le cas des affaissements miniers qui touchent notre région. Nous avons ainsi réalisé quatre études avec des sujets adultes afin de prendre en compte la diversité des situations rencontrées. Nos résultats indiquent que les problèmes miniers ont des répercussions négatives sur la santé physique et mentale des individus. Nous avons également mis en évidence que la relation à l'espace ainsi que l'investissement affectif dans son logement ont un effet sur les troubles développés / The Lorraine region of France was formerly a highly industrialized area, with extensive mining operations. Today, these operations are gradually disappearing, but one of the physical repercussions of this massive exploitation is soil subsidence. The phenomenon is unpredictable and violent in the iron-mining basin, where it is causing substantial physical damage to above-ground structures, and in some cases, the inhabitants have had to relocate. It is slow and progressive in the coal-mining basin, where houses are not collapsing but are sagging, and people are forced to adapt to "tilted living" and to change their life modes. Traditionally studied in cases of natural or industrial disasters, degradations of the life space have been shown to have negative effects on both physical and psychological health. Studies have shown that physical and social characteristics of life space is thought to have an impact on the mental and physical health of individuals. This work is aimed at assessing psychosocial consequences of living in degraded space on individual health. Four studies have been conducted on adult population. Our results show that mining subsidence have negative consequences on both physical and mental health. Relations to the living environment and affective investment in someone’s home play a role in the course of psychological symptoms

Les capteurs distribués qui font appel à des réseaux de Bragg inscrits dans des fibres optiques multicœurs sont de plus en plus utilisés pour mesurer différents paramètres physiques délocalisés. En utilisant l'information qui provient de chacun des cœurs de la fibre, il est possible de reconstruire sa forme tridimensionnelle, ce qui trouve actuellement de nombreuses applications innovantes, notamment en robotique et dans le domaine médical. Dans le cadre du programme Sentinelle Nord, le principal objectif de mon projet de maîtrise était de développer de tels capteurs pour le suivi des impacts du dégel du pergélisol dans les régions nordiques. Deux applications avaient initialement été ciblées. La première application consistait à mesurer la vitesse (et la direction) des écoulements d'eau souterraine qui jouent un rôle important dans la transmission de chaleur et qui doivent être considérés dans la modélisation numérique des processus physiques pour simuler la dynamique du pergélisol. La deuxième application consistait à suivre les tassements au dégel du pergélisol en reconstruisant le profil 3D d'un capteur à fibre optique qui y serait enfouie. Un modèle théorique de leur sensibilité à un écoulement d'eau a été développé et a permis de conclure que la vitesse des écoulements d'eau souterraine typiques était beaucoup trop faible pour être mesurée. Afin de s'attaquer à la seconde application, nous avons développé une nouvelle technologie de fibre multicœur où 3 fibres optiques ont été assemblées dans une préforme microstructurée en polycarbonate en l'étirant directement sur une tour à fibre. La caractérisation des réseaux de Bragg de cette fibre hybride verre-polymère a montré qu'elle est 7 fois plus sensible que les fibres optiques multicœurs traditionnelles. Les développements réalisés pour cette seconde application ont fait l'objet d'une publication d'un article scientifique dans le journal Optics Express. Dans le cadre de ce projet, et en parallèle à ces travaux, une méthode flexible d'inscription de réseaux de Bragg distribués sur une fibre optique avec un seul masque de phase uniforme a été développée. Grâce à cette méthode, une accordabilité record de 70 nm, soit plus de 15 fois supérieure à tout ce qui a été obtenu auparavant, a été atteinte. / Fiber Bragg gratings distributed sensors in multicore fibers are gaining popularity for remote sensing of physical parameters. By measuring the information from each of its cores, its shape can be reconstructed which has numerous novel applications in robotic and the medical field. As part of the Sentinel North program, the principal goal of my research project was to develop such distributed sensors to monitor the impacts of permafrost degradation in Northern Quebec. Two applications were targeted : 1) the measurement of groundwater flow and its direction which play a major role in heat transfer and need to be considered in numerical modelling of permafrost dynamics and 2) the monitoring of thaw settlement of degrading ice rich permafrost using buried optical fiber with distributed fiber Bragg gratings. A theoretical model of the sensitivity of these sensors to measure groundwater flow was developed and led to the conclusion that the groundwater flow is too small to be detected with a multicore fiber. For the second application, a novel multicore fiber was developed where 3 optical fibers are assembled inside a microstructured polycarbonate preform by drawing it on a draw tower. The characterization of the resulting hybrid glass-polymer multicore fiber showed a sensitivity 7 times higher than standard multicore fibers. These findings were published in the journal Optics Express. In this research project, at the same time, a flexible method to write distributed arrays of fiber Bragg gratings with a single uniform phase mask was developed. A 70 nm accordability, which is more than 15 times higher than anything previously reported, was achieved with this method.

Des cheminées à minerai sont utilisées dans des mines pour transférer par gravité le minerai des niveaux supérieurs de la mine aux niveaux inférieurs. L'intégrité des cheminées à minerai peut être compromise par des changements des contraintes et par les structures géologiques en place dans le massif rocheux. Par ailleurs, le passage du minerai participe à l'usure des murs des cheminées, causée par les charges d'impact et par l'abrasion aux parois. La revue de la littérature pertinente sur la dégradation des cheminées à minerai, suggère que tous ces mécanismes peuvent potentiellement agir simultanément bien qu'un d'entre eux soit habituellement le plus dominant. La majorité des études abordant ce sujet ont considéré l'influence d'un seul mécanisme de rupture sur l'intégrité des cheminées à minerai ou n'ont pas pris en considération, de manière réaliste, l'interaction des différents mécanismes de rupture. L'objectif de cette thèse était d'analyser la stabilité des cheminées à minerai à la Mine Brunswick. Une campagne de collecte de données a été réalisée à la mine. Une analyse qualitative et quantitative des données rassemblées a permis l'identification des pratiques actuelles et passées à la mine. Cette analyse s'est concentrée sur l'influence de la géométrie et de la configuration des cheminées à minerai, du massif rocheux, du régime des contraintes et des pratiques sur les problèmes opérationnels observés, reliés à l'utilisation des cheminées à minerai. Des cheminées à minerai avec des signes de dégradation majeure, ont fait l'objet d'une investigation plus détaillée. En particulier, l'évolution de la dégradation a été documentée et les mécanismes critiques de dégradation ont été identifiés. Une approche de modélisation numérique étapiste a été utilisée pour étudier la stabilité des cheminées à minerai. L'approche utilisée considère l'interaction de l'influence des contraintes, de la fracturation inhérente au massif rocheux et de l'usure due au passage du matériel comme étant des mécanismes de dégradation des cheminées à minerai. La première étape de cette approche était l'utilisation des modèles d'analyse des contraintes 3D utilisant le logiciel Map3D pour calculer les contraintes globales. La seconde étape était la construction d'un modèle synthétique du massif rocheux qui simule plus adéquatement le comportement d'un massif rocheux fracturé. Le logiciel Fracture-SG a été utilisé pour représenter la géométrie du réseau de discontinuités existant, tel qu'observé sur des sites choisis à la Mine Brunswick. Le système de fracturation modélisé est ensuite couplé avec un modèle tridimensionnel d'éléments distincts, le Particle Flow Code (PFC). PFC simule la roche intacte comme un ensemble de plusieurs particules sphériques, aux dimensions uniformément distribuées, liées entre elles aux points de contact. Un modèle synthétique du massif rocheux peut être soumis à différents niveaux de contraintes tridimensionnelles. Selon le niveau des contraintes imposé, le massif rocheux synthétique peut céder par la rupture des portions intactes de roche ou par le glissement des discontinuités. Ceci est une innovation importante dans la simulation d'un massif rocheux fracturé. Cette façon de modélisée un massif rocheux synthétique a été utilisée pour faire la rétro-analyse d'une cheminée déjà dégradée à la Mine Brunswick. Un modèle de fracturation du massif rocheux a été généré en utilisant des données quantitatives obtenues pour un sulfure massif à la mine. Un modèle synthétique du sulfure massif a été construit en intégrant la géométrie du réseau de discontinuités modélisé dans un modèle PFC. Le modèle PFC a été ensuite calibré suivant les propriétés mécaniques des échantillons de roche intacte de sulfure massif testés en laboratoire. Ensuite, les contraintes aux frontières du modèle synthétique ont été appliquées et les volumes des cheminées à minerai ont été extraits du modèle. Ceci a permis la quantification de la grandeur des zones d'effondrement crées par l'interaction des contraintes et des structures en place autour de la cheminée à minerai. On a observé différents mécanismes d'effondrement tels que la rupture de portions de roche intacte entre les discontinuités préexistantes suivi par la chute de blocs rocheux générés par la propagation et l'intersection des discontinuités. L'influence de l'impact associé à l'écoulement des particules a alors été intégrée en projetant un fragment de roche (simulé par une particule sphérique rigide) sur les murs de la cheminée à minerai modélisés. Cette thèse présente un cadre d'analyse portant sur l'étude de l'interaction et de l'influence des différents mécanismes de rupture sur la dégradation des cheminées à minerai. Utilisant des données de terrain amassées à la Mine Brunswick, il a été démontré que cette approche a des ramifications importantes sur la conception des cheminées à minerai. Elle peut potentiellement être employée pour la conception des cheminées à minerai dans une gamme de régimes structuraux et de contraintes. Cette approche peut faciliter le choix des configurations des cheminées qui peuvent atténuer la dimension des zones d'effondrement autour d'elles. Une contribution importante de cette thèse est l'intégration de l'influence de l'impact de matériel. Ceci peut aussi faciliter le choix d'une configuration de cheminées à minerai qui atténuerait l'apparition de dommages aux parois en raison de l'écoulement du matériel dans la cheminée. Ces techniques de conception améliorées peuvent potentiellement augmenter la longévité du système de cheminées à minerai et réduire les besoins en réhabilitation. Ceci aura des ramifications importantes sur l'investissement et les coûts opératoires.

L’objectif de cette thèse est, d’une part, de proposer une amélioration des méthodes d’estimation des cuvettes d’affaissement et des méthodes d’évaluation des dommages susceptibles de se produire sous leurs effets et de l’autre, de développer des outils basés sur ces méthodes pour étudier les affaissements et les dommages sur des cas pratiques. L’étude de l'influence de la topographie sur les cuvettes d'affaissement dans des conditions d’exploitation simplifiées grâce à des modèles numériques avec des profondeurs d'exploitation et des pentes du sol variables a permis de proposer une nouvelle fonction d’influence basée sur une densité de probabilité normale asymétrique lorsque la surface du sol est non-plane. Une modélisation simplifiée des habitations en maçonnerie sous la forme de deux modèles de structures bidimensionnels croisés, alignés avec les axes d’inertie de la structure étudiée et dans lesquels la méthode des déplacements est mise en œuvre pour calculer les efforts internes et les déformations sous l’effet de déplacements imposées des fondations. Ces modèles simplifiés dont les caractéristiques géométriques et mécaniques sont définis pour chaque type de bâtiment étudié permettent d’estimer les efforts appliqués à chaque bâtiment d’une ville exposée à un affaissement de terrain et de fournir de nouveaux critères d’évaluation des dommages prenant en compte davantage d’informations que les méthodes habituelles. Une estimation des dommages dans la ville de Joeuf sur la base des nouvelles méthodes proposées, tant pour le calcul de l’affaissement que pour l’estimation des dommages, a été réalisée / The objective of this thesis is to improve the methods of subsidence computation and building damage evaluation, and to develop some tools based on these methods to study the mining subsidence and building damage cases in Lorraine. By investigating the topography influence on subsidence under simplified mining conditions, and using numerical models with varying mining depths and ground surface angles, a new influence function method, which is based on a probability density function of a skew normal distribution, to simulate the element subsidence, was firstly developed and can be used to compute the mining subsidence caused by the excavation under non-flat surface. Then, plane framed structural models were chosen to study the mechanical behavior of 3D buildings. For each building, two plane models located in the vertical sections passing through the principle inertia axes of the building’s projective polygon were considered. Their geometry and mechanical characteristics were chosen according to the construction type and used materials of the building under consideration. Then, by using the matrix displacement method with some modifications, the internal forces and displacements for the entire structure could be computed. The achieved internal forces could then be compared to damage grade criteria to determine the extent of building damage.Finally, by using the improved methods of subsidence computation and building damage evaluation, a real case application was performed in Joeuf city (France). The subsidence was computed and applied to the defined structural models as support displacements, and then the damage extents of the buildings in Joeuf were predicted