Le terme variabilité spatiale des mouvements sismiques (SVGM en anglais pour Spatial Variability of Ground Motion) désigne les différences entre deux mesures du mouvement du sol effectuées à différents endroits, généralement en surface. La modélisation de SVGM ainsi que son effet sur la réponse dynamique des barrages est nécessaire pour l'intégration du phénomène dans les codes parasismiques. L'étude actuelle présente une mesure et une enquête approfondie sur SVGM à l'interface barrage voûte - fondation rocher. Des mesures in situ sont utilisées pour sa quantification et des simulations numériques pour la compréhension plus approfondie des phénomènes physiques qui contribuent à SVGM notamment à l'interface, c-à-d la topographie de la voûte et l'interaction sol-structure. Les données in situ provient d'une campagne sismologique qui a eu lieu sur et autour le barrage voûte du Saint Guérin pendant six mois. Le sous-ensemble d'événements consiste des événements de faible à moyenne magnitude, locaux et régionaux. Ainsi, des analyses linéaires sont permises. Tout d'abord, l'analyse dynamique du barrage voûte est réalisée; les fréquences de vibration, le coefficient d'amortissement et l'amplification de crête sont estimées profitant des mesures continues de bruit ambiant et des enregistrements sismiques. Ensuite, le SVGM est quantifiée au moyen de la phase et de la variabilité d'amplitude en utilisant des estimations de cohérence et de l'écart type de la différence des amplitudes des spectres de Fourier respectivement. Forte variabilité est observée à la fois en phase et en amplitude à l'interface de barrage-fondation rocher. Une fois que les estimateurs de la variabilité sont obtenus à partir des données, les modèles paramétriques existants sont comparés avec eux. Accentuation est mis sur deux observations: 1) les mouvements sismiques au champ libre semblent être légèrement moins variable par rapport aux mouvements à l'interface barrage-fondation rocher et 2) à l'interface barrage-fondation rocher, il y a une variabilité plus forte autour des fréquences de vibration du barrage. Ces observations suggèrent que la présence de la structure ainsi que la topographie du canyon augmentent SVGM. Cette hausse semble cependant être faible étant donné que les observations sont montés par des modèles paramétriques satisfaisants basés sur des données provenant de réseaux sismiques plates (sans topographie et structure). Des simulations numériques dans le code SPECFEM3D, basé sur les éléments spectraux, sont utilisées pour étudier plus profondément les observations in situ par le découplage des différentes causes de SVGM et évaluer l'impact de chacune. Une étude paramétrique en utilisant une topographie du canyon simplifié tente d'identifier l'effet de la topographie du canyon local sur SVGM tandis qu'un modèle géométrique précis du barrage voûte à Saint Guérin et sa topographie du canyon nous donne une idée plus précise sur l'impact de l'interaction barrage-fondation rocher sur SVGM. Les résultats de cette recherche devraient contribuer à l'amélioration de notre compréhension de SVGM à l'interface barrage-fondation rocher et de proposer des modèles de variabilité utilisés dans la conception de barrages voûtes. / Spatial variability of seismic ground motions (SVGM) denotes the differences between two time histories of the ground motion recorded at different locations, generally at the ground surface. The modeling of SVGM and the understanding of its influence on the dam's response are necessary so as design codes start to incorporate its effects in their provisions. This study presents a measure and a profound investigation of SVGM at the dam-foundation rock interface of an arch dam. In-situ measurements are used to quantify SVGM and numerical simulations to deeper understand the particular physical phenomena that contribute to SVGM at the interface, i.e. local canyon topography and rock-structure interaction. The in-situ data comes from a seismological experimental campaign that has taken place on and around Saint Guérin arch dam over the period of six months. The campaign was held in the framework of the present thesis. The subset of events consists of low to moderate magnitude local and regional earthquakes. Thus, analysis is allowed in the linear range. Firstly, dynamic analysis of the arch dam is conducted; the frequencies of vibration, the damping coefficient and the crest amplification are estimated based on ambient noise and seismic records. Then, SVGM is quantified by means of phase and amplitude variability using coherency estimates and standard deviation of difference of Fourier amplitudes respectively. High variability is observed both in phase and amplitude at the dam-foundation rock interface. Once the estimators of variability are obtained from the data, parametric models are fitted to them. Focus is given on two observations : 1) the ground motions in the free field appear to be slightly less variable with respect to the motions at the dam-foundation rock interface and 2) at the dam-foundation rock interface, there is higher variability around the frequencies of vibration of the dam. These observations suggest that the presence of the structure along with the canyon topography increase SVGM. This increase though seems to be small given that the observations are satisfactory fitted by parametric models based on data coming from flat seismic arrays. Numerical simulations in the SPECFEM3D code, based on the spectral element method are used to deeper investigate the in-situ observations by decoupling the various causes of SVGM and evaluating the impact of each one. A parametric study using a simplified canyon topography attempts to identify the effect of local canyon topography on SVGM while a geometrically accurate model of the Saint Guérin arch dam and its canyon topography gives us a better insight on the dam-foundation rock interaction impact on SVGM. Although both features are found to increase SVGM, their impact remains secondary. The findings of the present research are expected to contribute in enhancing our understanding of SVGM at the dam-foundation rock interface and proposing variability models used in arch dams' design.

Cette thèse présente des travaux de deux natures différentes ; (1) l'étude approfondie des travaux de James Reason (Swiss cheese model) et (2) l'activité d'ingénierie d'un modèle (ECHO) pour l'étude des facteurs organisationnels et humains dans l'exploitation des barrages d'EDF. Ces travaux sont articulés autour de la question du rôle, de la valeur et de la place des modèles d'erreur humaine dans la gestion de la sécurité industrielle.Une revue de littérature montre que les dispositions de sécurité dans les barrages sont essentiellement techniques. Les considérations relatives au facteur humain, bien que prégnantes dans l'accidentologie, semblent faire défaut dans les pratiques. Constatant sa très large utilisation, nous présentons en détail le modèle de Reason. Nous mettons en lumière une « double » collaboration (peu documentée) entre recherche et industrie d'une part, sciences humaines et sciences de l'ingénieur d'autre part. Partant de cette double collaboration comme une condition de réussite à des évolutions culturelles de sécurité, nous présentons le processus d'ingénierie qui a permis la conception puis la mise en place d'un modèle facteur humain dans les études de dangers de barrages d'EDF. Nous tentons enfin de mesurer et de présenter les effets produits par ECHO sur les représentations et les pratiques. La discussion porte sur l'intérêt et les modalités de double collaboration dans la sécurité industrielle et espère contribuer à un recadrage du débat sur la nature et la valeur des modèles. / This thesis presents two different works: (1) an in-depth study of James Reason's work (Swiss cheese model) and (2) the engineering activity of a model (ECHO) of organizational and human factors in operation of EDF's dams. These works are articulated regarding the role, value and place of human error models in industrial safety management.A literature review shows that dams' safety is mainly based on technical issues. The considerations relating to human factors, although pervasively present in the accidents, seem to be lacking in practice. After its wide use, we present in detail the Reason's model. We highlight a double collaboration (poorly documented) between research and industry on the one hand, Humanities and engineering Sciences on the second hand. Based on this dual partnership as a success condition for efficient safety culture developments, we present the engineering process associated with the design and the implementation of a human factor model in EDF dams' hazards study. Finally, we try to measure and report the effects produced by ECHO on the representations and practices.The discussion focuses on the interest and modalities for double collaboration in industrial safety and, therefore hopes to contribute to reframe the debate on model's nature and value.

Les barrages au fil de l’eau devraient tripler dans la prochaine décennie en réponse à la transition mondiale vers les énergies renouvelables. Or, contrairement aux barrages à réservoir dont les impacts sur le cycle du mercure (Hg) sont bien connus, très peu d’études ont évalué l’impact des barrages au fil de l’eau sur la mobilisation et la transformation du Hg en méthylmercure (MeHg), une neurotoxine bioaccumulable et bioamplifiable le long de la chaîne trophique. Malgré la surface limitée d’inondations créée par ces petits ouvrages comparés aux barrages avec réservoirs, les retenues d’eau créées en amont pourraient tout de même contribuer à créer des conditions propices à la méthylation du Hg. Cette étude a été conduite sur la rivière St.Maurice (QC, Canada) présente dans un paysage soumis à la construction récente de deux barrages au fil de l’eau et de milieux humides artificiels et à la présence concomitante de perturbations du paysage: un feu de forêt et de la coupe de bois. Les résultats montrent une augmentation du pourcentage de méthylmercure (%MeHg) de 2 à 3 fois dans les zones inondées comparées aux sites références ou en aval des barrages. De plus, une augmentation des concentrations en mercure total (THg) et en matière organique (MO) est observée dans ces mêmes zones inondées soumises aux perturbations du paysage. Cela suggère que les feux de forêt et la coupe de bois auraient contribué au transfert de MO lié au Hg en provenance du bassin versant vers la rivière, comme indiqué par la corrélation positive entre le ratio C/N et le % MeHg. L’accumulation de MO et Hg dans les retenues d’eau créées par les barrages au fil de l’eau seraient alors des lieux propices à la stimulation de la communauté procaryotique méthylatrice dont le gène marqueur hgcA a été détecté à tous les sites avec une composition très diverse, dominée par les méthanogènes, les sulfato-réducteurs et les fermenteurs dans ce système. A la lumière de ces résultats, nous proposons que les futures études concernant les barrages au fil de l’eau intègrent le paysage dans son ensemble et établissent un suivi des concentrations de Hg avant, pendant et après la construction. / Run-of-river dams (RoRs) are expected to triple in the next decade in response to the global transition to renewable energy. However, unlike reservoir dams whose impacts on the mercury (Hg) cycle are well known, very few studies have evaluated the impact of RoRs on the mobilization and transformation of Hg into methylmercury (MeHg), a bioaccumulative and bioamplifiable neurotoxin along the trophic chain. Despite the limited area of flooding created by these small structures compared to reservoir dams, the pondages created upstream could still contribute to creating conditions conducive to the methylation of Hg. This study was carried out on the St. Maurice River (QC, Canada) located in a riverscape recently influenced by to the recent construction of two RoRs and artificial wetlands and to the concomitant presence of disturbances in the landscape. The results show an increase in the percentage of methylmercury (% MeHg) from 2 to 3 times in the flooded areas compared to the reference sites or downstream sites. In addition, an increase in total mercury (THg) and organic matter (MO) concentrations are observed in these same flooded areas subject to landscape disturbances: forest fire and logging. It suggests that forest fires and logging are contributing to the transfer of MO bound to Hg from the watershed to the river, as indicated by the positive correlation between the C / N ratio and % MeHg. The accumulation of MO and Hg in the pondages are likely favorable to the stimulation of the prokaryotic methylating community whose hgcA marker gene was detected at all sites with a very diverse composition, dominated by methanogens, sulfate-reducers and fermenters in this system. In the light of these results, we suggest that future studies on RoRs integrate the landscape as a whole and establish a monitoring of Hg concentrations before, during and after construction.

Le développement du complexe hydroélectrique La Grande, localisé dans la région de la Baie-James (Qc), a débuté au cours des années 1970. Comme ce complexe est situé à la limite sud de l'aire de répartition des deux troupeaux de caribous migrateurs du Québec, soit les troupeaux de la Rivière-George et de la Rivière-aux-Feuilles, il pourrait y avoir des répercussions à court et à long terme sur ces populations d'ongulés. Ce projet de recherche a donc pour objectif de décrire l'activité du caribou migrateur à proximité des réservoirs hydroélectriques du complexe La Grande à l'aide de l'analyse dendroécologique des cicatrices de piétinement. Cette méthode, basée sur la formation de lésions produites par l'impact des sabots du caribou sur les racines superficielles des conifères, permet de retracer l'activité des caribous dans une région donnée. La fréquentation des sites conifériens est évaluée au moyen des distributions de fréquence de l'âge des cicatrices de piétinement, ce qui permet de fournir un indice du passage du caribou au cours des dernières décennies. Des sites ont été échantillonnés à proximité des réservoirs LG4 et Caniapiscau ainsi que sur les îles formées suite à la mise en eau. Les résultats indiquent que la présence des caribous est très récente dans la région de LG4, variant de modérée à faible durant la décennie 1990 et devenant très forte au début des années 2000. La mise en eau du réservoir LG4 dans les années 1980 n'aurait donc pas affecté les déplacements des caribous. La courbe d'activité moyenne pour le secteur de Caniapiscau indique une augmentation graduelle de l'activité depuis 1975 jusqu'au début des années 1990, suivi d'un déclin considérable jusqu'à aujourd'hui. Lors de la mise en eau du réservoir Caniapiscau, l'activité était beaucoup plus importante sur les îles qu'en périphérie. Bien que quelques différences dans l'activité soient survenues en fonction de l'emplacement des sites lors la mise en eau, celle-ci n'aurait pas eu d'effet majeur à long terme sur les déplacements des caribous. Finalement, nous suggérons que les tendances d'activité obtenues dans cette étude seraient, en grande partie, le résultat d'une variation dans la taille des populations mais aussi du changement dans la distribution géographique des deux troupeaux.

Cette étude porte sur la mesure des conséquences du réchauffement climatique sur la croissance et le développement des graines de l'épinette noire en zone boréale. Comme la densité maximale atteinte par les forêts d'épinette noire et la limite nordique et altitudinale de l'espèce sont sous contrôle thermique, dans le contexte des changements climatiques attendus, il nous est apparu important de préciser le régime des températures qui affecte la répartition de l'épinette. Cette étude porte plus précisément sur l'interface entre la toundra forestière et la limite septentrionale de la forêt boréale fermée dominée par l'épinette noire. L'objectif de cette thèse est de déterminer comment la température influence la croissance des arbres et la maturation des semences de l'épinette noire à la limite nord de la forêt boréale fermée. La thèse est divisée en trois parties. La première porte sur les caractéristiques thermiques de la limite nord de la forêt boréale fermée au cours de la période de 1970 à 2002. La deuxième porte sur la relation entre la température et la production de graines par l'épinette noire. Enfin, la troisième partie porte sur les effets climatiques de la mise en eau d'un vaste réservoir hydroélectrique sur la croissance et la production de graines par l'épinette noire des milieux néoinsulaires. Entre 1970 et 2002, une augmentation significative de la température moyenne annuelle, de la somme thermique et de la durée de la période sans gel est survenue particulièrement dans la zone de la forêt boréale ouverte et de la toundra forestière. La limite septentrionale de la forêt boréale fermée coïncide avec la position du seuil thermique de 800 à 950 degrés-jours, un intervalle qui correspond à la chaleur nécessaire pour la maturation des graines de l'épinette noire. De plus le seuil de 800 degrés-jours s'est déplacé d'un degré de latitude vers le nord entre 1970 et 2002, passant de 53° 12' N à 54° 16' N. Compte tenu du réchauffement climatique attendu, le seuil de maturation des graines d'épinette noire pourrait se déplacer vers le nord de façon importante et permettre ainsi la maturation des graines d'épinette dans une zone où les conditions thermiques nécessaires ne sont pas actuellement rencontrées. Si le processus physiologique de la maturation des graines est confirmé comme le facteur déterminant de la position de la limite nord de la forêt boréale, les conséquences pourraient être un déplacement vers le nord de la limite septentrionale de la forêt boréale fermée. Sur l'ensemble de son aire de répartition, Pépinette noire requiert une moyenne de 750 degrés-jours pour produire des graines quasi-matures (stade 22 sur une totalité de 23). Une variabilité existe selon les populations et leur position géographique. Néanmoins, le pourcentage de germination peut être prédit par une fonction sigmoïde des degrés-jours cumulés le long d'un gradient -latitudinal des températures. Les conditions locales peuvent toutefois produire des différences. Ainsi, les enclaves plus froides que constituent les réservoirs hydroélectriques ont une production de graines équivalente à celles des sites de un à trois degrés de latitude plus au nord. Enfin, les conditions climatiques des sites néoinsulaires du réservoir Rober Bourassa diffèrent des autres sites de la région, principalement au printemps. En effet, c'est pendant cette période que le déficit de chaleur est le plus marqué. Les conséquences sur la croissance radiale des arbres matures ne sont pas notables à l'échelle des peuplements. Les arbres répondent plus à un changement régional du climat qu'à l'effet local du réservoir. Les effets climatiques du plan d'eau (une augmentation du bois de compression dû à une déstabilisation par le vent et une diminution de la fréquence des cernes de gel) se limitent aux sites les plus ouverts et les plus exposés. Enfin, la croissance apicale de la strate de régénération montre que le réservoir peut avoir des conséquences positives sur la croissance des plantules dans les secteurs protégés par la végétation (arbres ou arbustes) et à la périphérie des îles.

Le bris d'un barrage est un événement exceptionnel et rare. Toutefois, lorsqu'il se produit, il peut engendrer de nombreuses pertes aussi bien matérielles qu'humaines. La modélisation de la propagation d'ondes de crue intumescentes issues d'un bris de barrage a fait l'objet d'inombrables études durant les quarante dernières années. À ce jour, il existe de nombreux modèles commerciaux capables de prédire avec satisfaction la propagation d'une onde de crue dans un canal à surface libre. Cependant, ces modèles ne sont pas conçus pour décrire la propagation dynamique des ondes de crue dans le cas des conditions hivernales caractérisées par la présence d'un couvert de glace à la surface des rivières. Pour les analyses de sécurité ou les études d'impact, les gestionnaires d'ouvrages de retenues et d'autres aussi qui s'intéressent aux écoulements fluviaux ont donc besoin de nouveaux outils de prédiction mieux adaptés à ces conditions particulières. Cette thèse se situe dans le cadre des efforts menés actuellement pour palier ce manque. L'objectif spécifique de la présente recherche est d'étudier la propagation des ondes hydrodynamiques dans un canal recouvert d'un couvert de glace. Pour y arriver, l'analyse s'est faite en deux parties. Premièrement, une analyse statique de la réponse du couvert de glace aux vagues de différentes formes est présentée. Cette dernière, faite à l'aide de modèles numériques uni- et bi-dimendionnels, a pour but de formuler des critères simples de bris du couvert de glace en rivière. Dans la seconde partie, un nouveau modèle numérique couplé eau-glace intitulé HYDROBEAM est bâti pour simuler la propagation dynamique des ondes dans un canal recouvert de glace. Pour ce nouveau modèle couplé, les équations de Saint-Venant, sous leurs formes conservatives et en présence d'un couvert flottant, sont reformulées. Les équations de Saint-Venant sont ensuite couplées aux équations décrivant le mouvement d'un couvert de glace semi-rigide. Les résultats du modèle couplé démontrent que la présence du couvert a pour effet d'atténuer et de ralentir les ondes et que l'effet se fait ressentir surtout sur des ondes très courtes (typiquement inférieures à 100 m).

Au début des années 1990, pour atteindre des objectifs de développement régional et de maximisation de la production hydroélectrique, le gouvernement du Québec a adopté des politiques visant la réfection et la construction de petites centrales par des producteurs indépendants. Pour assurer leur rentabilité, les petites centrales doivent être construites à proximité des infrastructures de transport d’énergie et des lieux de consommation. De plus, elles sont souvent situées là où les rivières présentent des chutes ou un encaissement importants. Ces sites sont souvent situés à proximité ou au cœur de lieux habités et mis en valeur, notamment à des fins récréotouristiques. De plus, les chutes sont souvent des symboles territoriaux, identitaires et paysagers forts pour les communautés locales. Il en résulte inévitablement des conflits d'usage où diverses perceptions de la mise en valeur des rivières se confrontent. Pour analyser plus en profondeur cette problématique, nous avons fait une étude de cas portant sur la rivière Batiscan (Mauricie), où des promoteurs ont envisagé la réalisation de trois projets de petites centrales hydroélectriques (1987-1990). À l’aide de 15 entretiens semi-dirigés et à travers une revue de cinq quotidiens québécois (1990-2007), nous avons analysé le discours des acteurs, afin de comprendre le rôle stratégique et l’évolution des représentations territoriales et du rapport à la rivière des acteurs concernés par les projets de petites centrales. Cette étude démontre que les tenants de la filière de la petite production hydroélectrique perçoivent ce type de mise en valeur de la rivière comme étant un mode de développement régional qui permettrait de générer des retombées économiques substantielles pour les milieux hôtes. D’autre part, les opposants se sont regroupés au sein de comités de citoyens pour revendiquer l’abandon des projets. Leur discours véhicule la représentation que la réalisation de petites centrales sur la Batiscan est contraire à la notion de bien commun et porterait atteinte au paysage, à l’intégrité environnementale du cours d’eau et au potentiel de développement récréotouristique de la région. Par un processus de réappropriation collective et de valorisation des éléments du territoire ayant une forte valeur patrimoniale et identitaire, ceux-ci ont cherché à élaborer et mettre en œuvre des projets alternatifs qui permettraient de contrer les projets de petites centrales de garantir la protection des caractéristiques naturelles de la rivière. / At the beginning of 1990s, to meet objectives of regional development and maximization of the hydroelectric production, the government of Quebec adopted energy policies aiming to retrofit and construct small power stations by independent producers. To ensure their profitability, small power stations must be built close to existent energy transport networks and consumption places. Moreover, they are often located where the rivers are banked or present important falls. These sites are situated near or in the heart of inhabited and attended places, notably for recreotouristic purposes. Furthermore, these falls and landscapes are symbols of identity and have territorial significance for the local communities. This situation inevitably generated river-use conflicts where many perceptions of the management and the development of the rivers are in opposition. To make an in-depth analysis of this problem, we made a case study concerning the Batiscan river (Mauricie), where promoters considered the construction of three small hydroelectric power stations (1987-1990). Using 15 semi-directed talks and through a review of five daily newspapers (1990-2007), we analyzed the speech of the actors, in order to understand the strategic role and the evolution of the territorial representations of those concerned with the projects of small hydroelectric power stations. This study shows that the promoters of the small hydroelectric power stations perceive this type of development of the river as being a type of regional development which would make it possible to generate substantial economic repercussions for host territories. On the other hand, the opponents, gathered within citizen committees to obtain the abandonment of the projects. Their speech conveys the representation that the realization of the hydroelectric power stations on the Batiscan river goes against the concept of common good and would undermine the landscape, the environmental integrity of the river and the recreotouristic development of the area. By a process of collective reappropriation and valorization of the elements of the territory having a strong patrimonial and identity value, those sought to work out and implement alternative projects which would make it possible to counter the projects of small hydroelectric power stations and to guarantee the protection of the inherent characteristics of the river.

Après la donnée de quelques définitions et éléments chiffrés sur le risque sismique, la première partie traite de la sismicité en France et des règles parasismiques en vigueur et se termine par une étude bibliographique sur les divers types de ruptures observés sur les ouvrages en terre pendant les séismes. La seconde partie présente les différentes méthodes d'analyse de stabilité des pentes et les diverses hypothèses menant au calcul du coefficient sismique. Le calcul du facteur de sécurité pseudostatique est réalisé avec des adaptations des méthodes de Taylor et des perturbations. Les abaques tracés permettent de déterminer le facteur de sécurité pseudostatique ou l'accélération critique d'un talus de caractéristiques données, alors que pour les barrages à noyau incliné on étudie l'influence de l'inclinaison du noyau sur la résistance aux séismes. Le calcul du déplacement permanent est abordé dans la dernière partie où, après une synthèse des méthodes présentées dans la littérature, on détaille le calcul du déplacement d'un talus homogène en rupture circulaire et d'un barrage à noyau incliné. Le comportement du sol est supposé rigide-plastique et le bloc en glissement est soumis à un accéléroramme équivalent déterminé en fonction de la magnitude, de la distance à l'épicentre et de la période prédominante de l'accélérogramme réel.

La modélisation des problèmes d'interactions sol-structure et fluide-structure couvre plusieurs domaines de recherche très actifs qui traitent une multitude d'aspects tels que la géométrie non bornée du sol et dans certains cas du fluide stocké, les effets dissipatifs visqueux et radiatifs, l'application du chargement sismique, le choix des variables de base, les propriétés algébriques des systèmes d'équations résultant du couplage,... etc. Dans le présent travail, différents modèles numériques de couplage sol-structure et fluide-structure ont été examinés. Les limites de troncature géométrique du sol et du fluide on été traitées avec des éléments infinis dont les performances ont été comparées à celles des conditions de radiations. Le problème de vibrations libres couplées des systèmes fluide-structure a été résolu en introduisant de nouvelles techniques de symétrisation efficaces. De plus, une nouvelle formulation symétrique en éléments de frontière a été proposée. Cette formulation permet de produire une matrice symétrique définie positive et aboutit ainsi à un système algébrique similaire à celui qui découle de la discrétisation en éléments finis. La matrice bâtie dite "raideur équivalente" peut facilement être assemblée ou couplée avec les matrices de la formulation en éléments finis. Toutes les applications qui ont servi soit à comparer des modèles soit à valider les programmes développés, ont été effectué es dans le cas des barrages poids en béton. Ce cas constitue un problème de couplage fluide-sol-structure typique / Modeling fluid-structure and soil-structure interaction problems covers several research fields dealing with multiple aspects such as : unbounded geometry of soil media and in some cases of retained fluid, viscous and radiation dissipative effects, application of seismic loading, choice of the basic variables, algebraic properties of the resulting coupled system, ... etc. In this work, different numerical models of soil-structure and fluid-structure coupling have been studied. The truncation boundaries of the soil and of the fluid domains have been considered by using infinite elements whose performances were compared to those of radiation conditions. The problem of the free coupled vibrations of the fluid-structure systems has been solved by introducing efficient symmetrization techniques. In addition, a new symmetric boundary element formulation is proposed. It allows to produce a positive definite and symmetric matrix and therefore to conduct to an algebraic system similar to the one obtained from finite element discretization. The produced matrix called "equivalent stiffness matrix" can easily be assembled or coupled to finite element matrices. All of the applications which have been done in order to compare models or to validate the developed programs were built in the case of concrete gravity dams, which constitute typical coupled fluid- soil-structure problems

Il n'existe à présent que peu de modèles aux volumes finis non structurés (UFVM: Unstructured Finite-Volumes Methods) développés pour simuler les écoulements à surface libre. La difficulté principale rencontrée durant ce développement est liée à la géométrie complexe du domaine de calcul et aux variations de fonds très irréguliers avec la présence des zones sèches ou/et mouillées. Ce mémoire de thèse présente le développement d'un modèle numérique 2D, baptisé ECOMOD-UFVM, qui est basé sur la résolution des équations de Saint-Venant par une technique de projection couplée à une UFVM. La UFVM permettra une modélisation plus proche de la géométrie souvent complexe des zones côtières et estuariennes. Dans un premier temps, un seul schéma ULSS (Upwind Least Squares Scheme) du 2ème ordre a été introduit dans le code pour traiter les termes de convection, responsables des oscillations et diffusions numériques indésirables. Une dizaine de cas-tests proposés dans les études d'écoulements à surface libre existantes ont été réalisés : écoulements à surface libre; problèmes de rupture de barrages. Les résultats des cas-tests sont satisfaisants et nous permettent d'envisager avec confiance le passage à deux applications grandeur nature: la rupture du barrage de Malpasset (France) et l'inondation par les crues éclairs dans la ville de Dongchuan (Chine). Les résultats du présent travail confirment la fiabilité, la précision, la stabilité, et la robustesse du code développé dans la résolution des équations de Saint-Venant décrivant les écoulements de tout genre : lent, rapide et torrentiel sur tout type du fond : sec/mouillé, plat ou en grande pente, régulier ou très irrégulier.