La modélisation de bassin est couramment utilisée pour décrire l’évolution des bassins sédimentaires à partir d’une reconstitution de leur histoire. Durant la modélisation des processus géologiques, les propriétés de transfert des sédiments peuvent changer significativement à cause de leur fracturation naturelle. La présence de ces fractures dans le bassin peut constituer des chemins préférentiels d’écoulement ou des barrières qui contrôlent les niveaux de surpressions, l’accumulation et la migration des hydrocarbures dans le milieu ainsi que la perméabilité du milieu. Dans l’industrie pétrolière et en particulier durant l’exploration, la connaissance de l’historique des processus de fracturation naturelle permet d’améliorer la prédiction des positions de réservoirs d’hydrocarbures dans le milieu ainsi que leurs propriétés. En profondeur les fractures s’amorcent dans les roches aux niveaux des discontinuités géométriques. Cependant, les chargements à l’origine de l’initiation de ces fractures restent mal connus. Dans les bassins sédimentaires, les propriétés mécaniques et géométriques de ces fractures sont directement reliées aux processus inhérents à leur formation. Elles peuvent dériver de certains processus comme par exemple le dépôt des sédiments, les chargements tectoniques ou le processus d’érosion. Le but de cette thèse est de fournir une amélioration de la caractérisation de l’amorçage des fractures dans la modélisation de bassin à partir d’un outil numérique de simulation de réseaux de fractures et de son évolution sous chargement hydromécanique. Au cours de la sédimentation, les matériaux enfouis subissent une augmentation de la contrainte verticale. Cette augmentation de la contrainte par sédimentation entraîne une compaction mécanique et une diminution de la porosité. La compaction mécanique qui dépend du taux de sédimentation et de la perméabilité des matériaux enfouis peut générer des surpressions importantes dans le bassin. Dès lors une compétition s’établie entre la dissipation de la surpression des fluides et la vitesse de sédimentation et peut conduire à l’amorçage de fractures. Ainsi, pour étudier analytiquement l’amorçage des fractures dans le bassin, un modèle synthétique géologique est proposé. La solution analytique de l’évolution de la pression et des contraintes dans ce contexte est obtenu en superposant deux problèmes de poroélasticités. L’analyse de la solution et d’un critère de fracturation serviront de base pour prédire l’amorçage et la propagation des fractures. Pour simuler la propagation et l’évolution des fractures, un modèle numérique comportant des chemins potentiels de fracturation uniformément repartis est mis au point dans le code de calcul par éléments finis Porofis. Les fractures sont modélisées par un modèle de joints cohésifs avec endommagement et l’écoulement est décrit à partir de loi de Poiseuille. Les effets du couplage hydromécanique dans les fractures et dans la matrice poreuse sur l’évolution dynamique de l’espacement des fractures pour des cas synthétiques typiques de la modélisation de bassin sont également étudiés / Basin modeling is commonly used to describe basin's evolution from a reconstruction of its history. During the geological processes modeling, the transfer properties of sediments can change significantly due to natural fracturing and therefore may constitute preferential flow paths or barrier that control hydrocarbons migration and accumulation. In petroleum industry, and especially for exploration, the knowledge of natural fracturing processes and history enhances the prediction of overpressures, potential location of hydrocarbon storage and matrix equivalent permeability. At significant depth, nucleation of fractures and initiation are triggered at existing defects, but the loads behind its initiation are unknown or poorly characterized. In sedimentary basin, fracture mechanical and geometrical properties are directly related to the processes from which it comes. Fracture initiation at depth can arise from by many processes such as deposition, tectonic and erosion processes. The aim of the thesis is to provide an improvement in the characterization of fracture initiation in basin modeling by using a numerical modeling of fracture network and its evolution under hydro mechanical loading. During sedimentation, buried rocks are subjected to an increase in vertical stress. This increase leads to a decrease of porosity that is commonly called mechanical compaction. Indeed, the mechanical compaction depending on its rate and on the permeability of the burden rocks, can induce significant overpressures. Thus, a competition is initiated between the dissipation of fluid overpressure and sedimentation rate, and may result in fracture initiation. For analytical study of fracture initiation, a synthetic geologic structure is used. The analytical solution analytical solution of the pressure and stresses in a sealing formation is proposed under sedimentation by superposing two problems of poroelasticity. This analytical solution and a fracturing criterion are used to predict the initiation and propagation of the fracture. The fracture propagation and growth are studied by numerical simulations based on a finite element code dedicated to fractured porous media called Porofis. The numerical model contains defects initially closed and homogeneously distributed. The fractures are modeled with a constitutive model undergoing damage and the flow is described by Poiseuille’s law. The effect of hydromechanical coupling on dynamicevolution of fracture spacing using synthetic geological structure for basin modeling are also studied

Située dans le Nord-Est de la Colombie-Britannique, la formation de Montney est une zone d’exploitation gazière par fracturation hydraulique capable de rejeter des contaminants comme les éléments-traces, dont certains peuvent affecter la santé des femmes enceintes et leur enfant. Notre étude visait 1) l’évaluation de l’exposition de femmes enceintes de cette région à plusieurs éléments-traces à partir d’échantillons urinaires répétés, 2) la comparaison des concentrations à celles de populations de référence et 3) l’évaluation de la variabilité intra- et inter-individuelle dans les concentrations urinaires. 85 femmes enceintes participant à notre étude Exposures in the Peace River Valley (EXPERIVA) ont fourni 1 échantillon urinaire quotidien pendant 7 jours consécutifs. 20 éléments-traces y ont été analysés. Des statistiques descriptives ont été effectuées et la variabilité a été évaluée à l’aide du coefficient de corrélation intraclasse (CCI). Les concentrations urinaires médianes étaient supérieures à celles des populations de référence pour le baryum (2 fois), le cobalt (3 fois) et le strontium (2 fois). Durant la semaine, le 95e centile de référence était dépassé au moins 1 fois par de nombreuses participantes pour le baryum (58%), le cobalt (73%), le cuivre (29%), le manganèse (28%), le sélénium (38%), le strontium (60%) et le vanadium (100%). Les CCI variaient de 0.288 à 0.722 selon l’élément-trace. Nos résultats laissent supposer que les femmes enceintes de cette région peuvent être particulièrement exposées à certains éléments-traces (baryum, cobalt, cuivre, manganèse, sélénium, strontium et vanadium) et qu’un seul échantillon urinaire peut être insuffisant pour estimer adéquatement l’exposition à certains éléments-traces. / Located in Northeastern British-Columbia, the Montney formation is an important area of gas exploitation by hydraulic fracturing which can release contaminants like trace elements. Gestational exposure to these contaminants may lead to deleterious developmental effects. Our study aimed to assess gestational exposure to trace-elements in women living in this region through repeated urinary measurements, to compare these values to those from reference populations, and to evaluate inter- and intra-individual variability. 85 pregnant women participating in the Exposures in the Peace River Valley (EXPERIVA)study provided daily spot urine samples over 7 consecutive days. Samples were analyzed for 20 trace elements. Descriptive statistics were performed, and variability was evaluated through intraclass correlation coefficient (ICC) calculation for each trace element. When compared with those from North American populations, median urinary levels were higher in our population for barium (2 times), cobalt (3 times) and strontium (2 times). The 95th percentile of reference populations was exceeded at least 1 time by many participants during the week for barium (58%), cobalt (73%), copper (29%), manganese (28%), selenium (38%), strontium (60%) and vanadium (100%). ICCs varied from 0.288 to 0.722 depending on the trace element. Our results suggest that pregnant women living in this region may be more exposed to certain trace elements (barium, cobalt, copper, manganese, selenium, strontium, and vanadium), and that one urine spot sample could be insufficient to adequately estimate exposure to certain trace elements.

L'étude de l'écoulement, du transport de masse et des échanges isotopiques en milieu fracturé est nécessaire à la compréhension des gîtes minéraux d'affiliation hydrothermale. L'application du modèle de simulation numérique HydroSphère, intégrant le transport de masse par advection, diffusion, et dispersion hydrodynamique, ainsi que les échanges isotopiques, à l'écoulement tridimensionnel dans une matrice discrètement fracturée, permet d'approfondir les connaissances fondamentales sur ces sujets. Des simulations étudiant différentes configurations de fracture et conditions limites hydrogéologiques ont été faites. L'étude des patrons d'isoplèthes de O pour différents types de fractures et de systèmes fracturés ayant un degré croissant de complexité, révèle que les fractures dominent les mécanismes de transport et d'échange isotopique. C'est donc leur nombre, leur orientation, leurs propriétés hydrauliques et leur connectivité qui déterminent la forme des patrons d'isoplèthes modélisés. Il est possible d'interpréter certaines asymétries dans la géométrie des patrons d'isoplèthes pour déterminer la direction d'écoulement des fluides hydro thermaux. / An understanding of fluid flow, mass transport and isotopic exchange in fractured rock is required to understand the origin of hydrothermal deposits. The numerical model HydroSphere simulates advection, molecular diffusion, mechanical dispersion and isotopic exchange in a 3D discretely fractured media. HydroSphere was used to better understand the processes of transport and exchange in fractured rocks. Study of 18O isopleth patterns for different types of fractures and fracture networks with a range of complexity, shows that fracture properties and geometry control mass transport and isotopic exchange. The hydraulic properties, as well as the number, spacing and connectivity of fractures determine the isotopic patterns. Asymmetries in the geometry of isotopic patterns could be used to determine the direction of hydrothermal fluid flow.

La déformation due au fluage d'un massif rocheux autour d'un tunnel a été rencontrée fréquemment. Ce phénomène est évident où il y a des tunnels creusés dans la roche tendre, des masses rocheuses faible et fortement cisaillées, ou des massifs rocheux soumis à des contraintes in-situ élevées. La déformation due au fluage se produit fréquemment au moment d’excavation des tunnels longs où il y a des failles et des zones fracturées et cisaillées. Ce phénomène peut causer différents dommages sur des systèmes de soutènement en raison de la déformation excessive et des effondrements. La déformation excessive impose une ré-excavation de la section du tunnel, qui monte le coût supplémentaire, la durée de la réalisation du projet et le risque de la sécurité sur le projet. En plus, comme la stabilité de terrain est dans un état critique durant la ré-excavation, une petite négligence peut conduire à une grande caverne. Bien que la déformation de fluage est commune dans un massif rocheux à une faible résistance dans un tunnel très profond, mais ce phénomène a été observé dans des tunnels peu profonds. Une bonne compréhension des déformations causées par une excavation souterraine requiert la connaissance de l'interaction roche-support et l'interprétation des données de terrain. Auparavant, l’objet principal de la surveillance effectuée durant la construction du tunnel était des mesures de la pression au terrain imposé sur le revêtement du tunnel. Mais aujourd’hui, les méthodes modernes de construction de tunnel se concentrent sur la surveillance des déplacements pendant et après la construction. Afin de déterminer des déformations dans les tunnels, Panet et Sulem ont supposé que "Le tunnel a une section transversale circulaire et le milieu est homogène et isotrope, aussi le tunnel est suffisamment profond pour considérer que la distribution des contraintes est homogène". Mais dans le cas quasi réel, la distribution de la contrainte autour du tunnel est hétérogène et anisotrope. Dans cette étude, pour la modification des équations Panet et Sulem, certaines équations sont proposées en cas de matériau hétérogène et anisotrope pour généraliser le problème. La galerie de force motrice Seymareh a été considérée comme l’étude de cas. Celle-ci est une partie du conduit d’eau dans le projet de centrale électrique du barrage Seymareh. Ce projet est situé à l'ouest de l'Iran. Les données de surveillance de la galerie de force motrice sont collectées au moment de l’excavation du tunnel, et sont comparées avec les résultats de la modélisation numérique et de la solution analytique. Cette comparaison montre que les résultats des données expérimentales obtenues par la surveillance sont très proches des résultats de la solution analytique, mais il y a une différence entre les deux et la modélisation numérique. Il était prévisible, car l’effet d’autres activités comme l’excavation des tunnels verticaux n’est pas prise en compte dans l’analyse numérique et aussi dans la solution analytique. Il est évident que les autres activités comme l’excavation des tunnels verticaux et l'excavation du tunnel principal vers deux directions opposées, peuvent affecter sur les résultats de la surveillance. D'autre part, les données initiales utilisées dans l'analyse numérique et la solution analytique ne sont pas tout à fait exactes, car elles sont obtenues en tant que représentatives du massif rocheux de la région, mais pas pour une section particulière. Toutefois, le but de cette étude est le développement d'une solution analytique de la déformation dans les tunnels sur les conditions générales et la poursuite de cette étude pourra être plus développée. / The creep deformation of a rock mass around a tunnel has been encountered frequently. It is particularly common in tunnels excavated in soft rock, heavily sheared weak rock masses or rock masses subjected to high in-situ stresses. Creep deformation in fault and shear fractured zones are one of the frequently encountered difficulties in long tunnel construction, which tend to cause failure of supporting systems due to excessive deformation and cavern. Excessive deformation would necessitate re-mining of the tunnel cross section, thus imposing impacts such as extra cost, extended time schedule and safety risk on the project. Furthermore, as the ground stability is in critical condition during re-mining, the slightest negligence would lead to major cavern. Although creep deformation is common to extremely poor rock mass under high overburden in a tunnel alignment, but however this phenomenon is not limited to tunnels with high overburden. A good understanding of the deformations caused by an underground excavation requires simultaneously knowledge of the rock-support interaction and interpretation of field data. Formerly, the main purpose of the monitoring carried out during tunnel construction was to measure the ground pressures acting on the tunnel lining. Modern tunneling practice emphasizes the monitoring of the displacements occurring during and after the construction. Panet and Sulem for determining of deformations in tunnels have assumed that "The tunnel has a circular cross section and around the tunnel, the rock is homogeneous and isotropic and also the tunnel is deep enough to consider that the stress distribution is homogenous". But in almost real cases, the stresses distribution around the tunnel is not homogeneous and isotropic. In this study, for modification of the Panet and Sulem equations, some equations are proposed in case of nonhomogeneous and anisotropic for generalizing of the problem. Seymareh power tunnel which is considered as a case study is a part of the powerhouse waterways system of the Seymareh dam and hydroelectric power plant project. The project is located in west of Iran. The monitoring data of power tunnel which are collected during excavation of tunnel is compared with the results of numerical modelling and analytical solution results as well as. The results obtained from comparison show although the field data, which are collected through the monitoring, are very close to the analytical solution results (approximately), but there is a significant difference between both of them and numerical modelling results. It was predictable; because the influence of the other activities such as excavation of shaft and surge tank in the numerical analysis and also analytical solution are not considered. It is obvious that other activities such as excavation of shaft and surge tank and also excavation of mean tunnel from other direction which were under operation at the same time can effect on the results of monitoring. On the other hand, the initial data which are used in numerical analysis and analytical solution are not quite accurate; because they are extracted as a representative of the rock mass of region, not for a particular section. However the goal of this study is development of analytical solution of deformation in tunnels on general conditions and pursuit of the study could be leaded to more development in this field.

La génération des fréquences somme (SFG), une technique spectroscopique spécifique aux interfaces, a été utilisée pour caractériser les changements de la structure macromoléculaire du surfactant cationique chlorure de dodécyltriméthylammonium (DTAC) à l’interface silice/eau dans une plage de pH variant entre 3 et 11. Les conditions expérimentales ont été choisies pour imiter les conditions les plus communes trouvées pendant les opérations de récupération assistée du pétrole. Particulièrement, la silice a été étudiée, car elle est un des composantes des surfaces minérales des réservoirs de grès, et l’adsorption du surfactant a été étudiée avec une force ionique pertinente pour les fluides de la fracturation hydraulique. Les spectres SFG ont présenté des pics détectables avec une amplitude croissante dans la région des étirements des groupes méthylène et méthyle lorsque le pH est diminué jusqu’à 3 ou augmenté jusqu’à 11, ce qui suggère des changements de la structure des agrégats de surfactant à l’interface silice/eau à une concentration de DTAC au-delà de la concentration micellaire critique. De plus, des changements dans l’intensité SFG ont été observés pour le spectre de l’eau quand la concentration de DTAC augmente de 0,2 à 50 mM dans les conditions acide, neutre et alcaline. À pH 3, près du point de charge zéro de la surface de silice, l’excès de charge positive en raison de l’adsorption du surfactant cationique crée un champ électrostatique qui oriente les molécules d’eau à l’interface. À pH 7 et 11, ce qui sont des valeurs au-dessus du point de charge zéro de la surface de silice, le champ électrostatique négatif à l’interface silice/eau diminue par un ordre de grandeur avec l’adsorption du surfactant comme résultat de la compensation de la charge négative à la surface par la charge positive du DTAC. Les résultats SFG ont été corrélés avec des mesures de l’angle de contact et de la tension interfaciale à pH 3, 7 et 11. / Sum Frequency Generation (SFG), an interface specific spectroscopic technique, was used to characterize the changes in the macromolecular structure of the cationic surfactant dodecyltrimethylammonium chloride (DTAC) at the silica/water interface at pH values ranging from 3 to 11. The experimental conditions were selected to mimic conditions common during enhanced oil recovery operations. In particular, silica was studied since it is one of the most abundant mineral components of sandstone reservoirs, and surfactant adsorption was studied at an ionic strength (100 mM NaCl) relevant to hydraulic fracturing fluids. SFG spectra showed detectable peaks with increasing amplitude in the methylene and methyl stretching region when the pH was lowered to 3 or increased to 11, suggesting changes in the surfactant aggregate structure at the silica/water interface at a DTAC concentration above the critical micelle concentration. In addition, changes in the SFG intensity were observed for the water spectrum when increasing the DTAC concentration from 0.2 to 50 mM under acidic, neutral or alkaline conditions. At pH 3, near the point of zero charge of the silica surface, the excess positive charge due to adsorption of the cationic surfactant creates an electrostatic field that orients water molecules at the interface. At pH 7 and 11, which are above the point of zero charge of the silica surface, the negative electrostatic field at the silica/water interface decreases in magnitude with surfactant adsorption due to compensation of the negative surface charge by the positively charged DTAC. The SFG results were correlated with contact angle and interfacial tension measurements at pH 3, 7 and 11.

La décrépitation (fracturation) des matériaux actifs de batteries associée à leur variation volumique lors des cycles de charge/décharge a pour effet d'accélérer leur corrosion par l'électrolyte et/ou d'induire une perte de connectivité électronique au sein de l'électrode ce qui réduit notablement leur durée de vie. C’est particulièrement le cas des hydrures métalliques utilisés dans les batteries Ni-MH. À ce jour, l'évaluation de leur fracturation se limite généralement à une observation post mortem des électrodes par microscopie ce qui ne permet pas une analyse détaillée du processus de décrépitation. À ce titre, un de nos principaux objectifs dans le cadre de ce travail de recherche a été de développer une méthode d'analyse novatrice et performante basée sur l'émission acoustique (EA) afin d'étudier in situ la fracturation d'électrodes négatives pour batteries Ni-MH. Dans une première étape, nous avons analysé en détail les signaux acoustiques produits lors de la charge (hydruration) d'un alliage commerciale à base de LaNi5 et d'un alliage MgNi obtenu par broyage mécanique. Nous avons ainsi pu séparer les signaux générés par la fracturation des particules d’hydrures métalliques de ceux associés à la formation de bulles de H2, ce qui a permis d’établir les mécanismes qui régissent leur fracturation. Par la suite, un montage expérimental, constitué d’une cellule électrochimique connectée à un capteur de force en compression et d’un équipement d’EA, a été mis point pour suivre in-situ la fracturation et la force générée par l’expansion/contraction lors du cyclage des électrodes MgNi et LaNi5. Nous avons ainsi pu confirmer que l’expansion/contraction volumique de l’alliage MgNi est plus progressif que pour l’alliage à base de LaNi5. Par la suite, l’étude comparée par EA des alliages MgNi, Mg0.9Ti0.1Ni et Mg0.9Ti0.1NiAl0.05 a permis de mettre en évidence l'influence de leur composition sur leur résistance à la pulvérisation. Finalement, nous avons étudié en détail l’influence de l’addition de palladium dans l’alliage Mg0.9Ti0.1NiAl0.05 sur son comportement électrochimique et sa résistance à la fracturation. / The pulverization (cracking) of active materials in batteries, induced by their volume change during charge/discharge cycles, accentuates their corrosion by the electrolyte and/or leads to a loss of electronic connectivity within the electrode, which notably reduces their cycle life. This particularly occurs for metallic hydrides used in Ni-MH batteries. To date, the evaluation of their cracking is generally limited to post mortem observations of the electrodes by microscopy, which does not allow for a detailed analysis of the decrepitation process. In this respect, one of our main research objectives was to develop an innovative and efficient analysis method based on acoustic emission (AE) for in situ monitoring of the cracking of negative electrodes for Ni-MH batteries. As a first step, a detailed analysis of the acoustic signals generated during the charge (hydriding) of a commercial LaNi5-based alloy and a MgNi alloy obtained by mechanical alloying was performed. This allowed separating the signals generated by the cracking of the metallic hydride particles from those induced by the formation of H2 bubbles. We have shown that the mechanism which governs the pulverization of the MgNi alloy remarkably differs from that of the LaNi5-based alloy. In a second step, an experimental set-up made of an electrochemical cell linked to a compression force cell and an AE equipment was elaborated, in order to monitor concomitantly the cracking and the force generated by the expansion/contraction of the MgNi and LaNi5 during cycling. We have thereby been able to confirm that the volume expansion/contraction of the MgNi alloy is more progressive than that of the LaNi5 alloy. The AE-based comparative study of MgNi, Mg0.9Ti0.1NiAl5 and Mg0.9Ti0.1NiAl0.05 alloys then allowed demonstrating the positive effect of the partial Mg substitution by Ti and adding of Al on the alloy decrepitation resistance. As a final step, we have studied the impact of palladium addition in the Mg0.9Ti0.1NiAl0.05 alloy on its electrochemical behaviour and cracking resistance.

La simulation numérique est un outil essentiel pour mieux comprendre la réalité des phénomènes qui se produisent au sein des milieux discrets, en particulier des milieux rocheux fracturés. Notre travail a pour objectif d'étudier le comportement mécanique et dynamique des milieux rocheux en réalisant des modèles discontinus dans lesquels les mesures de l'orientation et l'espacement interfractura, effectuées sur le terrain, sont intégrées au modèle de façon stochastique. Pour la génération des milieux fracturés numériques des algorithmes basés sur les méthodes statistiques et géostatistiques sont développés. Le comportement mécanique de modèles académiques et de structures réelles en maçonnerie est étudié grâce à la méthode Non Smooth Contact Dynamics (NSCD). Des structures en maçonneries telles que le monument historique de l'amphithéâtre de Nîmes et l'aqueduc d'Arles sont étudiées, à échelle réelle, en deux et trois dimensions pour leurs comportements dynamiques pendant une sollicitation sismique. Les modèles de milieux rocheux fracturés engendrés à partir d'études de cas sont analysés selon deux axes : l'étude de la stabilité de pentes rocheuses et la conception de travaux souterrains par la méthode NSCD en utilisant le code LMGC90. La stabilité de ces modèles est étudiée en deux et trois dimensions. Les analyses effectuées sur ces modèles ont permis de proposer des recommandations pour l'installation d'éventuels soutènements. Elles ont également permis la distinction des familles des fractures jouant un rôle prépondérant dans l'instabilité de ces massifs. La modélisation de certaines méthodes de protection en travaux au rocher telles que le boulonnage et les filets pare-pierres est ensuite abordée dans les perspectives envisagées comme développement de nos travaux.

La Nappe de Lindås, au sein de l'Arc de Bergen, Norvège, est un massif anorthositique enfoui et partiellement éclogitisé en profondeur au cours de l'orogénèse calédonienne, qui fut relativement protégé de la rétromorphose pendant son retour vers la surface. L'étude de ces roches du faciès éclogitique nous permet donc de mieux comprendre le détail des processus d'éclogitisation et ses conséquences en terme d'exhumation et de circulation crustale dans les zones de collision. Les grenats granulitiques, bien que relativement résistants aux réactions métamorphiques, subissent lors de l'éclogitisation une fracturation intense et une rééquilibration partielle par diffusion à partir de leur frontière. L'observation au MEB (BSE) des différentes générations de grenat associées à l'épisode éclogitique, et l'estimation des compositions minérales d'équilibre par des méthodes thermobarométriques multi-équilibre, permet de mettre en lumière la vitesse de diffusion beaucoup plus lente du Ca par rapport aux cations métalliques dans le grenat granulitique lors de sa rééquilibration dans le faciès éclogitique. La distribution des orientations des fractures qui parcourent les grenats granulitiques hérités, montre que leur formation est la conséquence directe de la diminution de volume associée aux réactions métamorphiques. La propagation à petite échelle des domaines éclogitisés ne procède donc pas simplement par diffusion du fluide, mais par un processus complexe couplant diffusion, réactions métamorphiques et fracturation des minéraux granulitiques. La caractérisation de la cinématique de la déformation dans le faciès éclogitique de l'île d'Holsnøy, au sein de la Nappe de Lindås montre sa grande cohérence à l'échelle de la zone d'étude (5*5 km), reflétant l'action de forces aux limites, plutôt que de contraintes locales liées aux réactions métamorphiques. Le cisaillement en moyenne vers l'Est, géométriquement restauré dans le contexte de la subduction calédonienne, est interprété comme reflétant le découplage d'unités crustales du panneau plongeant, qui commencent ainsi leur retour vers la surface. La validité d'un tel modèle, où l'éclogitisation permet l'initiation de l'exhumation, est analysée dans le cadre du modèle analytique du chenal de subduction. L'éclogitisation, qui n'est ni instantanée ni spatialement homogène, modifie les propriétés de la croûte, notamment sa densité et sa viscosité. Alors que l'augmentation de densité réduit sa flottabilité, son adoucissement mécanique lui permet de se découpler du manteau lithosphérique qui la tire vers la profondeur. La compétition entre ces deux phénomènes, variable suivant la progression des transformations métamorphiques, est intégrée dans un unique paramètre adimensionnel, le nombre d'exhumation, dont la valeur décrit la capacité de la croûte à être exhumée. La subduction d'une croûte à fort nombre d'exhumation entraîne la création dans le canal de subduction d'un flux retour à partir du domaine partiellement éclogitisé. L'analyse des conditions de ce flux retour montre entre autres que les vitesses d'exhumation de l'ordre des vitesses de convergence des plaques lithosphériques ne sont possibles que pendant le régime transitoire entre l'enfouissement de croûte à faible et fort nombre d'exhumation. Ce travail, qui montre l'importance des réactions d'éclogitisation pour l'exhumation et plus généralement pour la dynamique des zones de collision, souligne en conséquence la nécessité de décrire avec précision les mécanismes micro- et macroscopiques qui permettent la progression et la propagation de l'éclogitisation.

Ce travail, contribue à mieux comprendre les phénomènes complexes lors des tirs de mine afin d'approcher une conception optimisée. La première partie, concernant la détonation, est destinée à la compréhension des modèles numériques fondés sur la théorie de la propagation de détonation. La seconde partie, concernant la modélisation de la fracturation des roches, s'adresse à la simulation des tirs. Une nouvelle loi de comportement dynamique des roches (type élastique avec endommagement anisotrope) est proposée et est intégrée dans RADIOSS, un code de calcul des problèmes dynamiques transitoires. Ce modèle permet également de calculer les dimensions représentatives des fragments ; les calculs avec diverses modélisations (en 2-D et en 3-D, détonation/structure) sont effectués. La dernière partie est consacrée à l'optimisation des tirs à l'aide des traitements numériques avancés. La connaissance des mécanismes de la fragmentation des roches est approfondie notamment sur l'influence de certains paramètres de conception. Les exemples sur la recherche des règles par l'apprentissage automatique montrent l'efficacité de cette approche. L'exemple sur la recherche d'une conception optimisée montre la puissance et la perspective pratique de l'approche par algorithmes génétiques couplés avec l'apprentissage automatique.

L'objet de cette recherche est de modéliser le comportement Thermo-Hydro-Mécanique des massifs rocheux fracturés en vue du stockage de déchets radioactifs. A cette fin, nous avons été amené à proposer une méthodologie de modélisation des massifs rocheux fracturés qui a été appliquée à un site souterrain réel (Site EDF de Nouvelle Romanche). Cette méthodologie consiste, dans un premier temps, à rechercher les VER hydraulique et mécanique. Au dessus du plus grand de ces VER, les développements effectués dans un programme d'éléments finis permettent de modéliser toutes les fractures de manière explicite. On détermine les propriétés mécaniques homogénéisées en condition drainée et non drainée en simulant des essais triaxiaux représentatifs du massif soumis à un chargement. Ces simulations permettent d'analyser l'évolution des propriétés hydrauliques homogénéisées avec l'état de contraintes. La réalisation des expériences de type drainé et non drainé permet de discuter de la pertinence de l'assimilation d'un milieu fracturé à un milieu poreux. Ces simulations ont mis en évidence, en particulier, le rôle du comportement en cisaillement des fractures sur les propriétés homogénéisées mécaniques et hydrauliques. Du point de vue de la thermique, tant que le mode principal de propagation de la chaleur est la conduction, les propriétés thermiques homogénéisées sont peu différentes des propriétés thermiques de la matrice rocheuse.