Cette thèse se décompose en deux parties : i) l'étude du creusement d'un canal dans un plasma sous-dense (0.1nc

De nos jours, l'utilisation de tunneliers à front pressurisé est souvent pleinement justifiée, en particulier en contexte urbain, où les terrains sont meubles, partiellement ou totalement saturés, et où la préservation du bâti impose une limitation drastique des pertes de volume au cours de l'excavation. Ce travail de thèse vise à améliorer la compréhension de la phénoménologie de ce mode de creusement et à développer de nouveaux outils d'aide à la justification des ouvrages, au dimensionnement des machines et au pilotage des chantiers. Dans un premier temps, des analyses sont menées à partir d'essais sur un modèle réduit de tunnelier à pression de terre original à l'échelle internationale. Celles-ci concernent le comportement en contraintes et déplacements du massif au cours du creusement en régime idéal, l'évaluation de la stabilité du front de taille, et l'analyse des grandeurs-machine du tunnelier. Les analyses réalisées sont menées en massifs de sol homogènes ainsi qu'en massifs stratifiés (bicouches/tricouches) configurations fréquemment rencontrées sur chantier. Dans un second temps, les analyses effectuées à l'échelle du modèle réduit sont confrontées à des données de chantier pour validation de la modélisation physique effectuée. Enfin, la modélisation théorique du creusement pressurisé des tunnels est étudiée. D'une part, les capacités et limites des outils analytiques (calcul à la rupture) et numériques d'évaluation de la stabilité du front de taille sont évaluées par confrontation avec nos résultats expérimentaux. D'autre part, une procédure de modélisation numérique du processus de creusement en régime idéal, calée sur la modélisation physique, est proposée.

Cette thèse se décompose en deux parties : i) l’étude du creusement d'un canal dans un plasma sous-dense (0.1nc<n<nc, nc étant la densité critique) de plusieurs centaines de microns par une impulsion laser de durée 1-10 ps et d'intensité 10^18 à 10^20 W/cm² ; ii) les mécanismes de saturation de la diffusion Raman arrière stimulée d'une impulsion laser de durée ps et d'intensité 10^14 à 10^16 W/cm². Le creusement d’un canal plasma par un laser très intense a fait l’objet d’une étude paramétrique à l’aide d’un code PIC (Particle In Cell) 2D. On obtient différents types de canaux en fonction des paramètres du laser et du plasma, reproduisant ainsi et élargissant des résultats précédent. De plus, la vitesse de creusement du canal a été mesurée, et des lois d’échelle ont été établies pour les plasmas homogènes. Elles sont ensuite appliquées à des plasmas inhomogènes, du type de ceux rencontrés lors de la fusion par confinement inertiel (FCI). Cela permet de prévoir l’énergie nécessaire pour creuser un canal jusqu’à la densité critique, étape importante de la FCI par allumage rapide. La saturation du Raman a été étudiée d'un point de vue numérique, pour déterminer si la cause de la saturation était due au déphasage ou à la croissance d'une onde satellite (« sideband »), en utilisant diverses approches. La première est de regarder les résultats de simulations Raman (donc électromagnétiques) à partir de codes cinétiques PIC et Vlasov. La deuxième, consiste à regarder ce qui se passe lorsque l'on initialise un plasma avec une fonction de distribution issue de la théorie adiabatique à l'aide d'un code Vlasov (donc dans une version purement électrostatique). Dans ce cas, on observe bien la croissance d'une onde satellite, dont le nombre d'onde dominant, ainsi que le taux de croissance sont en bon accord avec ce que l'on observe dans les simulations cinétiques. Au final, la saturation de l’onde plasma peut être causée par les deux mécanismes de saturation. / This thesis is divided in two parts : i) the laser channeling in hundreds of microns long under-dense plasmas (0.1nc<n<nc, nc being the critical density) of a laser pulse of intensity 10^18 to 10^20 W/cm² and duration 1-10 ps; ii) the saturation mechanisms of stimulated Raman back-scattering of a laser pulse of intensity 10^14 to 10^16 W/cm² and duration of about 1 ps. A parametric study was performed to study the channeling of a very intense laser pulse, using a 2D PIC (Particle In Cell) code. Various kinds of channels were obtained depending on the laser and plasma parameters, thereby reproducing and enlarging previous studies. Moreover, the channeling velocity was measured and scaling laws were established for homogeneous plasmas. They are then applied to inhomogeneous plasmas, similar to those encountered in inertial confinement fusion (ICF). It is then possible to estimate the energy necessary to channel to the critical density, an important step for the fast ignition scheme of ICF. Raman saturation was studied using numerical simulations, in order to determine if it is due to dephasing or to the growth of sidebands, using different approaches. The first is to study Raman simulations (electromagnetic) performed with kinetic PIC and Vlasov codes. The second, is to study the evolution of a plasma initialized with a distribution function after the adiabatic theory, using a Vlasov code (electrostatic). In this case, we observe the growth of a sideband, with dominant wavenumber and growth rate in good agreement with kinetic simulations. The saturation of the plasma wave can be caused by both saturation mechanisms.

L'excitation optique résonante de systèmes atomiques permet de bénéficier d'une réponse non linéaire exacerbée, qui ouvre la voie au traitement de la lumière par la lumière, même à faible intensité lumineuse. Certaines interactions lumière matière cohérentes permettent en outre de s'affranchir de la forte absorption associée à la résonance. Dans cette thèse deux effets cohérents et résonants ont été explorés dans un cristal d'Y2SiO5 (YSO) dopé aux ions erbium, isotope 167 : les oscillations cohérentes de populations (OCP) et la transparence induite électromagnétiquement (TIE).<br /><br /> Les OCP ont lieu dans un système à deux niveaux, excité par un faisceau d'intensité lentement variable. Dans cette thèse, les OCP ont notamment été utilisées pour ralentir la vitesse de propagation de la lumière dans le cristal à 3 m/s. Nous avons également démontré le bénéfice que représente l'élargissement inhomogène pour ajuster ralentissement et transmission.<br /><br /> La TIE est obtenue dans un système à 3 niveaux dit ``en lambda'' en excitant la cohérence Raman entre les 2 niveaux fondamentaux par 2 faisceaux optiques cohérents. Lors de la caractérisation de la structure hyperfine de l'erbium 167 dans YSO par spectroscopie par résonance paramagnétique électronique et creusement spectral nous avons mis en évidence plusieurs systèmes en lambda, utilisables pour la TIE. Un dispositif expérimental basé sur le filtrage d'une bande latérale issu de la modulation d'amplitude d'un faisceau laser continu a permis d'observer la TIE pour la première fois dans la matière condensée à 1.536 micron.

Cette étude porte sur la modélisation numérique du creusement de tunnels à l'aide de boucliers à front pressurisé et notamment sur l'adaptation de la méthode du ramollissement, initialement mise au point pour le calcul, en coupe bidimensionnelle, de tunnels creusés à l'aide de procédés non mécanisés. La thèse est composée de 8 chapitres et comprend une étude bibliographique concernant le calcul des ouvrages souterrains, une analyse de la réponse du terrain à une pressurisation du front de taille à partir des calculs axisymétriques, la mise au point d'une méthode permettant de reproduire, dans un calcul plan, en coupe transversale, les effets mis en évidence en conditions axisymétriques et l'application de cette méthode à l'analyse d'un ouvrage instrumenté dans le département du Val-de-Marne. Cet ouvrage a été équipé d'inclinomètres et d'extensomètres installés dans le terrain, ainsi que de témoins à cordes vibrantes disposés dans un anneau de revêtement. Les mesures ont permis d'analyser la réponse du massif encaissant et de l'ouvrage de soutènement au cours des différentes étapes de creusement. Le creusement de cet ouvrage a été simulé à l'aide de la méthode de calcul développée dans le cadre de ce travail et les résultats de calculs confrontés à ceux donnés par les mesures.

La propriété de creusement spectral, que l’on retrouve dans certains cristaux dopés aux ions de terres rares refroidis à basse température offre des possibilités prometteuses pour le traitement analogique de signaux radiofréquence. En effet, celle-ci permet de programmer des fonctions de traitement dans le spectre d’absorption du cristal.Partant des premières démonstrations de principe d’un analyseur spectral radiofréquence large bande instantanée, l’objectif est d’en améliorer les performances, ce qui requiert une modélisation précise de l’interaction laser-matière et de l’ensemble des perturbations inhérentes à la montée en maturité technologique du dispositif. Nous avons par conséquent développé un modèle et cherché à étendre son domaine de validité pour qu’il s’applique à un maximum de protocoles.Nous l’avons ensuite appliqué à un matériau en particulier, à savoir un cristal de Tm³ ⁺ :YAG. Après avoir effectué une série de mesures des différentes caractéristiques intrinsèques à ce cristal, nous avons choisi un protocole d’application relativement proche de celui de l’analyseur spectral que nous cherchons à optimiser, à savoir la création de réseaux spectraux large bande. La comparaison des résultats expérimentaux à ceux de notre modèle nous a permis de démontrer sa validité.Nous avons finalement appliqué notre modèle au cas précis de l’analyseur spectral radiofréquence. Les simulations nous ont permis de déterminer théoriquement comment optimiser ses performances, en particulier la dynamique, avec des paramètres réalistes, atteignables expérimentalement. / The Spectral Hole Burning property, found in some rare-earth ion-doped crystals at low temperature is particularly relevant for analogic processing of radiofrequency signals. Indeed, it enables processing functions to be programmed in the crystal’s absorption spectrum.Starting with the first demonstrations of a wideband radiofrequency spectrum analyser, we aim at improving its performances, which requires an accurate modelling of the light-matter interaction and all the perturbations arising from the upgrade in TRL (Technology Readiness Level). Therefore, we have developed a model and extended its validity domain to a broad variety of SHB-based protocols.We applied this model on a particular material, namely a Tm³ ⁺:YAG crystal. After measuring experimentally the relevant intrinsic parameters of this crystal, we applied our model to a protocol which is quite similar to the one of the spectrum analyser we aim at optimizing, namely the engraving of wideband spectral gratings. The comparison of our experimental results to the simulations from our model proved its validity.Finally we applied it to the exact case of the radiofrequency spectrum analyser. With the simulations, we determined how to improve its performances, and particularly increase the dynamic range with realistic experimental parameters.

Les cavités artificielles funéraires sont à la fin de la Préhistoire en Méditerranée occidentale un type d’architecture privilégié. La compréhension de la chaîne opératoire de construction des hypogées est essentielle afin de déterminer quelles techniques et stratégies entrent en jeu dans la mise en place de ces architectures souterraines. C’est dans le cadre de cette thèse qu’une méthode a été développée sur le sujet. Celle-ci se présente en trois axes : l’étude technologique du macro-outillage de creusement, l’analyse à l’aide de la photogrammétrie des traces présentes sur les parois des hypogées et l’expérimentation permettant de confirmer ou d’infirmer les hypothèses émises. Ces trois axes ont été développés dans des contextes différents, en France dans les Bouches-du-Rhône avec l’ensemble monumental de Fontvieille et en Sardaigne avec notamment la nécropole à domus de janas de S’Elighe Entosu. Ces deux contextes offrent la possibilité d’étudier des hypogées possédant des caractéristiques différentes. La comparaison entre les divers contextes sélectionnés en Méditerranée occidentale permet d’entrevoir les différences et similitudes présentes dans les chaînes opératoires de creusement et les choix effectués par les différents groupes humains. Au-delà de la connaissance des techniques employées pour le creusement de ces architectures, cette étude permet également de s’interroger sur le rôle de celles-ci au sein de la communauté par l’investissement que leur mise en place engendre. / At the end of Prehistory in the Western Mediterranean, the rock-cut tombs are a privileged type of architecture. The understanding of the hypogea’s digging process is essential In order to determine which techniques and strategies come into play in the establishment of these structures. In the context of a PhD research work, a method has been developed on the subject. It is presented in three lines of reflection: the technological study of digging macro-tools, the analysis of the traces which are present on the walls of hypogea using photogrammetry, and an experimentation to confirm or refute the assumptions made during the first two axes of the study. These three axes were developed in different contexts, the monumental context of Fontvieille, located in the geographical area of the Bouches-du-Rhône administrative department in France and the necropolis of S'Elighe Entosu in Sardinia, Italy. These two fieldworks allows us to study the different characteristics of the hypogea. The comparison between the various contexts selected in the western Mediterranean allows us to glimpse the differences and similarities present in the digging process chains and the choices made by the different human groups. Beyond the knowledge of the techniques used for the digging of these architectures, this study also makes it possible to question the role of these in the community by the investment that their establishment generates.

Ce mémoire porte sur l'étude du comportement et de la rupture d'une roche (grès rouge de Wildmoor) de réservoir lors de l'exécution et de la mise en production d'un forage pétrolier. Divers chemins de sollicitations, en conditions axisymétriques (essais de compression uniaxiale et triaxiale et essais d'extension), ont permis de caractériser le comportement mécanique de la roche. Les essais avec cycles de charge-décharge ont permis de quantifier l'endommagement du matériau. La loi de comportement développée tient compte de la dépendance en contraintes des paramètres élastiques du matériau et de l'endommagement. Le comportement plastique de la roche est décrit par un critère de Mohr-Coulomb non-linéaire tenant compte de la dépendance en pression des paramètres plastiques (coefficients de frottement et de dilatance) de la roche. Il comporte une phase d'écrouissage isotrope en frottement, suivie d'une phase de radoucissement cinématique de la cohésion. Ce modèle de comportement est appliqué à l'étude de la localisation des déformations dans le cadre d'une théorie de plasticité non-coaxiale. L'application à l'étude de stabilité d'un forage pétrolier a comporté le développement d'un programme de calcul du champ de contraintes autour d'un puits en cours de creusement et de production. L'étude des conditions d'apparition de différents modes d'instabilités (formation de bandes de cisaillement et instabilité de surface) a mis en évidence l'influence de la dilatance de la roche, de la profondeur du forage et du gradient de pression lors de la mise en production du puits.

Cette thèse a pour cadre général l'étude du comportement des ouvrages de génie civil, sous le double aspect, de la loi de comportement non-linéaire des sols et des roches, et de la résolution des problèmes du creusement des tunnels par la méthode de calcul aux éléments finis. Deux catégories de lois de comportement non-linéaires ont été plus particulièrement considérées : modèles hyperboliques (modèle de Duncan et Chang, 1970 ; modèle modifié de Hardin et Drnevich, 1972) et modèles élastoplastiques avec écrouissage (modèle Cam-Clay modifié, 1968) ; dans le dernier, différentes variantes ont été proposées pour tenir compte de la non-linéarité de la partie élastique, trois variantes de type hyperélastique, considérés à partir d'une fonction énergie complémentaire et obéissent aux principes de la thermodynamique Ces modèles ont été appliqués à la simulation du creusement d'une galerie à section circulaire en milieu homogène. Les variantes élastiques non-linéaires du modèle Cam-Clay modifié donnent, dans le cas de contraintes initiales anisotropes, en piédroit des zones en compression et en clé des zones en extension à l'intérieur du massif. L'étude des chemins de contrainte à proximité de la galerie met en évidence l'influence de l'état des contraintes initiales sur les mécanismes différents de rupture induits par le déconfinement. Les modèles retenus ont également été appliqués à la construction du tube Sud du tunnel de Las Planas, creusé dans des marnes. Le comportement de la marne de Las Planas a été étudié à partir d'essais triaxiaux réalisés sous fortes contraintes (essais isotropes et de cisaillement). Les variantes élastiques non-linéaires de type hyperélastique du modèle Cam- Clay modifié et le modèle de Duncan et Chang (1970) conduisent aux résultats les plus satisfaisants pour la plupart des essais de cisaillement. En revanche, la variante élastique linéaire du modèle Cam-Clay modifié surestime systématiquement les déformations volumiques. La modélisation de creusement du tunnel Sud de Las Planas à l'aide des variantes hyperélastiques du modèle Cam-Clay modifié conduit également à des simulations plus représentatives des mesures expérimentales que les autres modèles. Les modèles hyperboliques tendent à surestimer les déplacements induits, par le creusement, dans le massif encaissant.

Les problèmes étudiés dans cette thèse relèvent du cadre général de la modélisation des tunnels profonds. Ce travail traite essentiellement de l'interaction complexe entre massif et soutènement. Initialement, on réalise une approche expérimentale portant sur l'optimisation du dimensionnement des soutènements des galeries dans des roches viscoplastiques. Une modélisation numérique fine de ce problème d'interaction massif viscoplastique-soutènement plastique est mise en oeuvre et permet de bien interpréter le comportement de la galerie expérimentale de Mol (Belgique). Ensuite, on s'intéresse à l'aspect 3D du creusement des tunnels a l'aide de la méthode numérique d'activation/désactivation des éléments en axisymétrie. On montre, par la réalisation d'abaques, que l'équilibre des tunnels dans les milieux viscoplastiques dépend largement de la rigidité et de la distance de pose du revêtement ainsi que de la vitesse de creusement de l'ouvrage. Dans la dernière partie, on compare les résultats donnés par notre méthode numérique d'une part, et par la méthode cv-cf d'autre part: on met en évidence les imprécisions de la méthode approchée cv-cf sous sa forme actuelle. Finalement, on propose une nouvelle méthode approchée en élasticité, qui conserve le formalisme de la méthode cv-cf, mais permet de mieux prendre en compte l'effet de la rigidité du soutènement sur la valeur de la convergence avant pose. Cette nouvelle méthode approchée conduit à des résultats tout a fait acceptables.