Les barrages induisent un impact potentiellement important sur l'environnement et la société par la modification des écosystèmes, le déplacement des populations en amont et surtout par la présence d'un risque imposé aux populations situées à l'aval. Même si les ruptures de ces ouvrages ont une probabilité d'occurrence faible, la cause principale des accidents, à côté des submersions par des crues imprévues, a toujours été la rupture des fondations (ICOLD 1993) suite à des problèmes d'érosion, ou d'insuffisance de résistance au cisaillement le long des discontinuités rocheuses, des joints de levées ou de l'interface barrage-fondation. La fréquence de ruptures par défaut de résistance au cisaillement des discontinuités des fondations des barrages en béton est estimée à 21 % (ICOLD 1995). Les fondations rocheuses présentent souvent une variabilité verticale et horizontale des propriétés de résistance au cisaillement des discontinuités. Une variabilité verticale peut être matérialisée par une moyenne de la propriété de résistance qui varie en profondeur et dont la prise en compte réduit la variance de cette propriété de résistance. Aussi, la rupture des fondations rocheuses par défaut de résistance au cisaillement des discontinuités est un mécanisme qui mobilise les propriétés ponctuelles de résistance au cisaillement présentes sur cette discontinuité. La résistance au cisaillement mobilisée le long de cette discontinuité présente parfois une variance moins élevée que celle de la résistance ponctuelle au cisaillement (échelle de laboratoire). Ces phénomènes de variabilité spatiale ne sont pas pris en compte dans la justification du comportement en cisaillement des fondations ni dans les travaux de recherches publiées dans la littérature. L'objectif de la thèse est d'élaborer une démarche d'analyse de la variabilité spatiale de la résistance au cisaillement qui prend en compte cette réduction de la dispersion. Cette démarche a été élaborée dans le contexte de l'état de l'art actuel, avec la combinaison des impératifs suivants : 1. La démarche est basée sur une méthodologie expérimentale i)-alternative à l'essai de cisaillement direct (coûteux en temps et en argent) pouvant être relativement simple à mettre en œuvre ii)- qui permet de générer des données quantitatives de cisaillement suffisamment abondantes pour analyser la variabilité spatiale de la résistance au cisaillement. 2. Cette démarche a été mise en œuvre au contexte des outils numériques et des méthodes de justification de la résistance à l'effort tranchant d'une fondation rocheuse de barrage-poids. La méthodologie expérimentale définie dans la thèse a fait l'objet d'une validation par étude comparative avec 35 essais de cisaillement direct sur des joints à différents degrés de rugosité et d’altération, prélevés d'une fondation de barrage-poids en béton. Il a été développé une démarche d'analyse de la variabilité spatiale de la résistance au cisaillement des joints. Cette démarche repose sur l'utilisation des données géo référencées de paramètres de cisaillement caractérisant la même famille de discontinuité le long d'un forage vertical. Afin de valider la pertinence et l’applicabilité de cette démarche, nous l’avons implémentée dans un cas d'étude de fondation rocheuse de barrage. A l'aide d'un code de calcul numérique basé sur la méthode des éléments finis, une étude a permis d'illustrer la pertinence de l'analyse de la variabilité spatiale de la résistance au cisaillement des joints dans une étude de stabilité au glissement des fondations rocheuses de barrage. Les résultats montrent que la prise en compte de la variabilité spatiale des paramètres de cisaillement permet d'augmenter la marge de sécurité mesurée à travers une hausse du coefficient de sécurité et une baisse significative de la probabilité de défaillance. / Dams induce a potentially significant impact on the environment and society by changing ecosystems, by populations’ relocation upstream and especially by the presence of an imposed risk on populations located downstream. Although dam failures have a low probability, the main cause of accidents, near submersions by unexpected flood has been foundations failures (ICOLD 1993) due to problems of erosion, or insufficient shear strength along the rock discontinuities or the interface between dam and foundation. Among dam failures, 21% are related to lack of shear strength along the discontinuities of the foundations (ICOLD 1995). It is well known that rock, as soil, is a complex engineering material formed y natural process, which induces vertical and horizontal variability. Plus, the sliding process of a rock foundation discontinuity is a mechanism that mobilizes points shear properties of this discontinuity. The variability of shear properties averaged over the sheared discontinuities is less than that of their point shear properties. This is known as the average effect in spatial variability. These phenomena of spatial variability are not taken into account in the standards of stability analysis of dam foundations sliding or research work published in the literature. The aim of the thesis is to develop an analysis of the spatial variability of shear strength that takes into account the reduction of the variability by scaling up effect. This approach was developed in the context of the current state of the art. An experimental method, which aimed to investigate in a simple way the shear strength of joints, was suggested in the thesis and has been validated by comparative study with more than thirty direct shear tests on joints taken from a foundation of concrete gravity dam. It was developed a process to analyze the spatial variability of the shear strength of the joints using the input parameters of the model of Barton and Choubey (1977). This approach is based on the use of geo -referenced data on these parameters characterizing the family of discontinuity along a vertical borehole. To validate the relevance and applicability of this approach, we have implemented it in a case study of a rock dam foundation. Using finite element software, a study illustrates the relevance of the analysis of the spatial variability of the shear strength of the joints in the assessment of stability against rock dam foundations sliding. The results show that taking into account the spatial variability of shear parameters can increase the margin of safety measured through an increase in the safety factor and a significant decrease in the probability of failure.

L’objectif de la thèse est de développer une méthodologie permettant d’obtenir une interprétation quantitative des données de sismique répétée (sismique 4D). Une étape essentielle consiste à évaluer la répétitivité des données, puis à filtrer les bruits indésirables, qui peuvent masquer ou détériorer la signature 4D. Une méthodologie basée sur des outils géostatistiques a été développée. Deux fenêtres temporelles des cubes sismiques étudiés sont choisies, l’une au-dessus du réservoir - où aucun effet 4D n’est attendu - et l’autre incluant le réservoir. Une analyse statistique et variographique conduite sur ces différentes fenêtres permet de proposer une décomposition des variogrammes en structures communes ou indépendantes, qui sont ensuite interprétées en termes de bruit, de signature géologique ou 4D. Les structures interprétées comme indépendantes de la géologie ou de la production sont ensuite filtrées à l’aide de la technique du krigeage factoriel proposée par Matheron en 1982. La méthodologie a été testée sur deux cas réels. Le premier concerne un champ d’huiles lourdes canadien, sur lequel trois campagnes sismiques ont été enregistrées, avant et pendant la production obtenue à l’aide d’injection de vapeur. Le bruit interprété comme tel sur les 3 campagnes a été filtré à l’aide la méthode décrite plus haut ; une analyse en termes de faciès sismiques non supervisée a ensuite été conduite sur les données brutes et filtrées afin d’évaluer l’intérêt du filtrage. Finalement, une interprétation des décalages en temps observés entre campagnes a été proposée. Le deuxième cas réel concerne un champ turbiditique profond dans l’offshore du Brésil, sur lequel deux campagnes sismiques 3D ont été acquises, avant et après le début de la production obtenue par injection d’eau. Le bruit présent sur les deux campagnes a été filtré à l’aide de la technique du krigeage factoriel, et la qualité de ce filtrage a pu être évaluée par comparaison avec d’autres techniques couramment utilisées / This thesis research aims at investigating seismic interpretation methodologies and techniques that will help on better characterizing time-lapse, or 4D, seismic signatures. These techniques and methodologies are used to evaluate the time-lapse repeatability and then to filter out undesirable artefacts that are non-related to the production, while enhancing the 4D signature. To achieve these goals, a methodology based on geostatistical tools, was developed. Typically, at least two time-interval windows are considered: one above and the other comprising the reservoir of interest. A statistical and variographic analysis, conducted on both windows and on all surveys, leads to an interpretation step where common or independent structures – in the variographic sense- can be pointed out. The structures interpreted as not related to the geology or to the production mechanism are filtered from the data by a multivariate factorial cokriging technique, based on the concept of Kriging Analysis developed by Matheron in 1982. Two real case time-lapse studies were used to test the methodology. The first case is a Canadian onshore heavy oil reservoir submitted to steam injection, where three different time-lapse surveys were shot to monitor the steam-chamber evolution. The noise present in the three surveys was first filtered using the technique described above; next, an unsupervised seismic facies analysis was conducted on both raw and filtered data in order to evaluate the filtering technique, and finally an interpretation, in terms of reservoir properties changes, of the time-shit observed between the campaigns was proposed. In the second case, the seismic data was acquired on a deepwater turbiditic oilfield from Brazil at two different times of reservoir life, before and after production and water injection. The two seismic surveys were filtered using the factorial kriging technique; the quality of the filtering was, in this case, evaluated by comparison with more common techniques

Au Québec, les barrages poids en béton de plus de cinquante ans sont particulièrement étudiés depuis le séisme du Saguenay (1988, 6,2 sur l’échelle de Richter) car ils n’avaient pas été dimensionnés pour de tels aléas. Dans les codes de calculs de fiabilité d’Hydro-Québec, différents paramètres relatifs à la morphologie de l’ouvrage ainsi que des paramètres physiques et mécaniques sont nécessaires. Parmi ces derniers, la résistance au cisaillement des interfaces (béton-béton, béton-roche et roche-roche) du barrage est particulièrement importante car elle conditionne en grande partie le coefficient de sécurité. De plus, il est communément admis que la rugosité des épontes des discontinuités rocheuses conditionne le comportement mécanique en cisaillement. Cette étude se décompose en deux volets : une étude d’échantillons prélevés sur deux barrages et la réalisation d’un contact roche-béton artificiel. Tout d’abord, à partir d’essais de cisaillement sous contrainte normale constante, réalisés sur des contacts provenant de deux barrages d’hydro-Québec, l’étude en composantes principales des paramètres mécaniques et de rugosité a été menée afin de déterminer les paramètres prépondérants (Z2, Z4, Étendue). De plus, une classification de terrain des discontinuités est proposée. Cette dernière repose sur différents paramètres tels que l’angularité de la surface, le remplissage ou encore l’oxydation des épontes. Le contact roche-béton artificiel, réalisé au cours de ce travail, a été étudié dans sa globalité par différents moyens statistique et géostatistique, afin de décrire le plus précisément possible sa rugosité de surface. Une fois cette dernière connue, un plan de carottage au carottier de 150 mm de diamètre a été décidé. Les zones prélevées sont celles présentant des particularités de rugosité, comme par exemple, une angularité forte. Une fois le carottage effectué, les échantillons ont été soumis à un essai de cisaillement sous contrainte normale constante. Il en résulte une étude des paramètres mécaniques et de rugosité ainsi qu’une prise en compte de l’effet d’échelle. / In Quebec, the concrete dams over fifty years are systematically studied since the Saguenay earthquake (1988, 6.2 on the Richter scale) because they were not sized for such hazards. For calculation of the reliability codes for Hydro-Quebec structures, different parameters on the morphology of structure and the physical and mechanical parameters are needed. Among these, the shear strength of interfaces (concrete-concrete, concrete-rock rock-rock) is particularly important because it determines the safety factor in large part. Moreover, it is commonly accepted that the roughness of the surfaces of rock discontinuities determines the mechanical behavior in shear. This study is divided into two parts: a study of taking samples from two dams of Hydro-Quebec and the conception of an artificial rock-concrete contact. Firstly, from shear tests realized under constant normal load, achieved on contacts from two dams, the principal component study of mechanical and roughness parameters was conducted to determine the parameters dominate (Z2, Z4, Extent). In addition, a field classification of discontinuities is proposed. The latter depends on various parameters such as the angularity of the surface, filling or oxidation of the surfaces of the discontinuity. Artificial rock-concrete contact has been studied in its entirety by various statistical and geostatistical methods in order to describe as precisely as possible its surface roughness. Once the last known, a map of coring with a 150 mm diameter core sampler has been decided. The collected areas are those with features of roughness, for example, a high angularity. Once the coring performed, samples were tested for shear resistance under a constant normal load. It follows a study of mechanical and roughness parameter and an underline of scale effect.

<div>In spatio-temporal data analysis, the problem of non-separable space-time covariance functions is important and hard to deal with. Most of the famous constructions of these covariance functions are fully symmetric, which is inappropriate in many spatiotemporal processes. The Non-Fully Symmetric Space-Time (NFSST) Matern model by Zhang, T. and Zhang, H. (2015) provides a way to construct a non-fully symmetric non-separable space-time correlation function from marginal spatial and temporal Matern correlation functions.</div><div>In this work we use the relationship between the spatial Matern and temporal Cauchy correlation functions and their spectral densities, and provide a modification to their Bochner’s representation by including a space-time interaction term. Thus we can construct a non-fully symmetric space-time Matern-Cauchy model, from any given marginal spatial Matern and marginal temporal Cauchy correlation functions. We are able to perform computation and parameter estimate on this family, using the Taylor expansion of the correlation functions. This model has attractive properties: it has much faster estimation compared with NFSST Matern model when the spatio-temporal data is large; it enables the existence of temporal long-range dependence (LRD), adding substantially to the flexibility of marginal correlation function in the time domain. Several spatio-temporal meteorological data sets are studied using our model, including one case with temporal LRD.</div>

In modern mining industry, new resource efficient and climate resilient methods have been gaining traction. Commissioned efforts to improve the efficiency of European mining is further helping us to such goals. Orexplore AB's X-ray technology for analyzing drill cores is currently involved in two such project. Orexplore AB wishes to incorporate geostatistics (spatial statistics) into their analyzing process in order to further extend the information gained from the mineral data. The geostatistical method implemented here is ordinary kriging which is an interpolation method that, given measured data, predicts intermediate values governed by prior covariance models. Ordinary kriging facilitates prediction of mineral concentrations on a continuous grid in 1-D up to 3-D. Intermediate values are predicted on a Gaussian process regression line, governed by prior covariances. The covariance is modeled by fitting a model to a calculated experimental variogram. Mineral concentrations are available along the lateral surface of the drill core. Ordinary kriging is implemented to sequentially predict mineral concentrations on shorter sections of the drill core, one mineral at a time. Interpolation of mineral concentrations is performed on the data considered in 1-D and 3-D. The validation is performed by calculating the corresponding density at each section that concentrations are predicted on and compare each such value to measured densities. The performance of the model is evaluated by subjective visual evaluation of the fit of the interpolation line, its smoothness, together with the variance. Moreover, the fit is tested through cross-validation using different metrics that evaluates the variance and prediction errors of different models. The results concluded that this method accurately reproduces the measured concentrations while performing well according to the above mentioned metrics, but does not outperform the measured concentrations when evaluated against the measured densities. However, the method was successful in providing information of the minerals in the drill core by producing mineral concentrations on a continuous grid. The method also produced mineral concentrations in 3-D that reproduced the measured densities well. It can be concluded that ordinary kriging implemented according to the methodology described in this report efficiently produces mineral concentrations that can be used to obtain information of the distribution of concentrations in the interior of the drill core. / I den moderna gruvindustrin har nya resurseffektiva och klimatbeständiga metoder ökat i efterfråga. Beställda projekt för att förbättra effektiviteten gällande den europeiska gruvdriften bidrar till denna effekt ytterligare. Orexplore AB:s röntgenteknologi för analys av borrkärnor är för närvarande involverad i två sådana projekt. Orexplore AB vill integrera geostatistik (spatial statistik) i sin analysprocess för att ytterligare vidga informationen från mineraldatan. Den geostatistiska metoden som implementeras här är ordinary kriging, som är en interpolationsmetod som, givet uppmätta data, skattar mellanliggande värden betingade av kovariansmodeller. Ordinary kriging tillåter skattning av mineralkoncentrationer på ett kontinuerligt nät i 1-D upp till 3-D. Mellanliggande värden skattas enligt en Gaussisk process-regressionslinje. Kovariansen modelleras genom att passa en modell till ett beräknat experimentellt variogram. Mineralkoncentrationer är tillgängliga längs borrkärnans mantelyta. Ordinary kriging implementeras för att sekventiellt skatta mineralkoncentrationer på kortare delar av borrkärnan, ett mineral i taget. Interpolering av mineralkoncentrationer utförs på datan betraktad i 1-D och 3-D. Valideringen utförs genom att utifrån de skattade koncentrationerna beräkna den motsvarande densiteten vid varje sektion som koncentrationer skattas på och jämföra varje sådant värde med uppmätta densiteter. Undersökning av modellen utförs genom subjektiv visuell utvärdering av interpolationslinjens passning av datan, dess mjukhet, tillsammans med variansen. Dessutom testas passformen genom korsvalidering med olika mätvärden som utvärderar varians- och skattningsfel för olika modeller. Slutsatsen från resultaten är att denna metod reproducerar de uppmätta koncentrationerna väl samtidigt som den presterar bra enligt de mätvärden som utvärderas, men överträffar ej de uppmätta koncentrationerna vid utvärdering mot de uppmätta densiteterna. Metoden var emellertid framgångsrik med att tillhandahålla information om mineralerna i borrkärnan genom att producera mineralkoncentrationer på ett kontinuerligt rutnät. Metoden producerade också mineralkoncentrationer i 3-D som reproducerade de uppmätta densiteterna väl. Slutsatsen dras att ordinary kriging, implementerad enligt den metod som beskrivs i denna rapport, effektivt skattar mineralkoncentrationer som kan användas för att få information om fördelningen av koncentrationer i det inre av borrkärnan.

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Soil is one of the most precious resources on Earth because of its role in storing and recycling water and nutrients essential for life, providing a variety of ecosystem services. This vulnerable resource is at risk from degradation by erosion, salinity, contamination and other effects of mismanagement. Information from soil is therefore crucial for its sustainable management. While the demand for soil information is growing, the quantity of data collected in the field is reducing due to financial constraints. Digital Soil Mapping (DSM) supports the creation of geographically referenced soil databases generated by using field observations or legacy data coupled, through quantitative relationships, with environmental covariates. This enables the creation of soil maps at unexplored locations at reduced costs. The selection of an optimal scale for environmental covariates is still an unsolved issue affecting the accuracy of DSM. The overall aim of this research was to explore the effect of spatial scale alterations of environmental covariates in DSM. Three main targets were identified: assessing the impact of spatial scale alterations on classifying soil taxonomic units; investigating existing approaches from related scientific fields for the detection of scale patterns and finally enabling practitioners to find a suitable scale for environmental covariates by developing a new methodology for spatial scale analysis in DSM. Three study areas, covered by detailed reconnaissance soil survey, were identified in the Republic of Ireland. Their different pedological and geomorphological characteristics allowed to test scale behaviours across the spectrum of conditions present in the Irish landscape. The investigation started by examining the effects of scale alteration of the finest resolution environmental covariate, the Digital Elevation Model (DEM), on the classification of soil taxonomic units. Empirical approaches from related scientific fields were subsequently selected from the literature, applied to the study areas and compared with the experimental methodology. Wavelet analysis was also employed to decompose the DEMs into a series of independent components at varying scales and then used in DSM analysis of soil taxonomic units. Finally, a new multiscale methodology was developed and evaluated against the previously presented experimental results. The results obtained by the experimental methodology have proved the significant role of scale alterations in the classification accuracy of soil taxonomic units, challenging the common practice of using the finest available resolution of DEM in DSM analysis. The set of eight empirical approaches selected in the literature have been proved to have a detrimental effect on the selection of an optimal DEM scale for DSM applications. Wavelet analysis was shown effective in removing DEM sources of variation, increasing DSM model performance by spatially decomposing the DEM. Finally, my main contribution to knowledge has been developing a new multiscale methodology for DSM applications by combining a DEM segmentation technique performed by k-means clustering of local variograms parameters calculated in a moving window with an experimental methodology altering DEM scales. The newly developed multiscale methodology offers a way to significantly improve classification accuracy of soil taxonomic units in DSM. In conclusion, this research has shown that spatial scale analysis of environmental covariates significantly enhances the practice of DSM, improving overall classification accuracy of soil taxonomic units. The newly developed multiscale methodology can be successfully integrated in current DSM analysis of soil taxonomic units performed with data mining techniques, so advancing the practice of soil mapping. The future of DSM, as it successfully progresses from the early pioneering years into an established discipline, will have to include scale and in particular multiscale investigations in its methodology. DSM will have to move from a methodology of spatial data with scale to a spatial scale methodology. It is now time to consider scale as a key soil and modelling attribute in DSM.

L’évaluation de la santé des écosystèmes forestiers nécessite la mise en place de stratégies de surveillance au sol applicables sur le long terme et selon un continuum d’échelles spatiales. Entre les réseaux de placettes permanentes élaborés de façon empirique à l'échelle européenne et les protocoles d’observation à portée très locale, peu de stratégies d’échantillonnage des dommages forestiers ont été validés à l'échelle du paysage (de quelques centaines à plusieurs milliers d’hectares), qui est pourtant celle de l'aménagement forestier. Pour optimiser les performances de l’échantillonnage des dommages forestiers trois critères ont été envisagés : les caractéristiques du paysage, la variabilité des estimations à différentes échelles spatiales et le coût des observations et des déplacements. Pour cela, deux paysages de forêt cultivée de pin maritime ont été suivi de façon intensive. L’usage de statistiques non-paramétriques (bootstrap, simulations géostatistiques) et des statistiques spatiales a été privilégié pour optimiser la répartition de l’effort d’observation au sein de plans d’échantillonnage emboîtés. Dans un premier temps, l’optimisation des réseaux systématiques d’observations actuels (Réseau Européen – ICP Forest level I, Inventaire Forestier National) à été envisagé dans le cadre d’une stratégie de suivi simultané de l’ensemble des dommages forestiers (biotiques ou abiotiques). Puis, des stratégies d’échantillonnage spécifiques ont été envisagées pour deux insectes ravageurs (la chenille processionnaire du pin Thaumetopoea pityocampa et le scolyte Ips sexdentatus) afin de prendre en compte de façon explicite la distribution spatiale de leurs dommages dans l’échantillonnage. Les résultats montrent qu’il est envisageable d’assoir un protocole d’inventaire des dommages forestiers sur les réseaux d’observations existant à l’échelle nationale à condition de porter la densité d’échantillonnage à environ 1 placette pour 700 ha. La configuration optimale des placettes réside alors dans l’observation de 25 arbres, sélectionnés sans discrimination de statut social et intégrant pour partie les arbres en lisières de peuplement (20%). Seules les populations de T. pityocampa ont montré une structure spatiale sur plusieurs dizaines de kilomètres. Un plan d’échantillonnage systématique, d’une maille carrée comprise entre 2 km et 3km, semble un bon compromis pour l’estimation et la cartographie des densités de population de cette chenille défoliatrice. En revanche, les réseaux systématiques d’observations s'avèrent inadaptés pour l’évaluation de dégâts de très faible intensité et/ou agrégés dans l’espace comme ceux des scolytes. Ainsi l’étude rétrospective de dégâts post-tempête 1999 de I. sexdentatus a montré l'intérêt d’une stratégie d’échantillonnage par cheminement adaptatif le long des pistes forestières. L’utilisation des lisières forestières en tant qu’«arbres sentinelles» apparaît prometteuse et ses applications pratiques sont proposées pour la surveillance sanitaire à l’échelle du paysage. / Forest ecosystem health assessment relies on long-term and multiple scales sampling strategies. Neither European networks of permanent plots developed empirically, nor local observation protocols can produce reliable estimates of forest damages over areas ranging from a few hundred to several thousands of hectares. Little attention has been paid to the development of robust sampling designs at the landscape scale, which is however the operational one for forest management. Three criteria were considered to optimize the performance of forest damage sampling: landscape features, variability estimates at different spatial scales and logistics costs of observations. Intensive monitoring was performed on two landscapes of maritime pine plantation forests. Nonparametric statistics (bootstrap, geostatistical simulations) and spatial statistics were used to optimize allocation of sampling effort within nested sampling designs. Firstly, the monitoring of all types of forest damage (biotic or abiotic) was investigated through the optimization of sampling schemes currently applied at the national scale (European Network - ICP forest level I and National Forest Inventory). Then, specific sampling strategies were developed for two insect pests (the defoliator Thaumetopoea pityocampa and the bark beetle Ips sexdentatus), taking into account the spatial distribution of their damage. Increasing the sampling density of national plot networks up to 1/700 ha would be necessary for forest damage survey at the landscape scale. The optimal configuration of inventory plots lies in the observation of about 25 trees, selected without discrimination of social status and partly integrating trees at stand edges (20%). At a large scale, only populations of T. pityocampa showed a spatial structure over several kilometers. A systematic sampling plan, with a square grid between 2 km and 3 km, seems to be a good compromise for estimation and mapping of its nest density. However, systematic plot networks are inadequate for assessing rare and spatially clustered phenomenon such as damage caused by bark beetles damages. A retrospective post-storm 1999 survey of I.sexdentatus damages emphasizes the effectiveness of an adaptive roadside sampling method to monitor this type of damage. The use of forest edges as "sentinel trees" seems promising and its practical applications are proposed for forest health monitoring at the landscape scale.

Ce travail entre dans le cadre de l’étude des interactions eau-roche dans le cas du stockage du CO2 en milieu géologique. Un intérêt particulier est accordé aux hétérogénéités des paramètres associés aux phénomènes géochimiques. Ces hétérogénéités peuvent s’observer à différentes échelles: celle des grains (les minéraux présentent des défauts de cristallinité et des impuretés), et l’échelle centimétrique/pluri-décamétrique. En particulier, les paramètres thermodynamiques (logK) et de cinétique chimique (dans ce travail nous avons considéré le produit de la constante cinétique k par la surface spécifique S soit kS comme "paramètre de cinétique chimique") sont connus à partir des expériences de laboratoire pour des échantillons de quelques centimètres de dimension, alors que l’on s’intéresse aux réactions minéralogiques à l’échelle des réservoirs.Nous avons évalué les caractéristiques géostatistiques de la variabilité spatiale après réaction à travers des simulations de transport réactif dans lesquelles différents paramètres (logK et kS) sont perturbés avec une première variabilité imposée. Une combinaison de deux approches est ainsi abordée : déterministe et géostatistique. Le code du transport-réactif COORES (IFP-EN et Ecole nationale supérieure des mines de Saint-Etienne) a été utilisé pour les simulations déterministes et le système géochimique étudié concerne la dissolution du diopside avec précipitation de minéraux secondaires comme la calcite et la magnésite.Après analyse par la méthode des plans d’expériences, les résultats montrent qu’une corrélation spatiale élevée combinée avec une grande variance de dispersion des minéraux favorise une réactivité importante des minéraux lorsqu’on perturbe le paramètre de cinétique chimique kS. Par ailleurs une vitesse d’injection élevée accélère le processus de dissolution du minéral étudié. La variabilité spatiale du paramètre thermodynamique n’a cependant pas d’effet significatif sur les résultats, le système se comporte comme dans le cas homogène. Du point de vue de l’homogénéisation du paramètre kS, on retrouve l’influence de l’historique de dissolution. / The present work is based on the study of water-rock interactions in the case of CO2 storage in geological media. Particular attention is devoted to heterogeneities at different observation scales geochemical phenomena. These heterogeneities can be observed at different scales: the grain (mineral crystallinity present defects and impurities), and the centimeter scale / multi- decametric (rocks are heterogeneous at different scales). In particular, the thermodynamic parameters logK and chemical kinetics kS (in this work we considered the product of the rate constant k by the specific surface area S is kS as "chemical kinetics parameter") are known from laboratory experiments to a few centimeters in size, while we are interested in mineralogical reactions across tanks.We propose to evaluate the geostatistical characteristics of the local variability after reaction through simulations of reactive transport on a small scale in which various parameters (logK and kS) are perturbed with a first spatial variability imposed. A combination of both approaches is discussed: deterministic and geostatistical for the study of geochemical problems at different scales. The reactive transport code - COORES (IFP - EN and Ecole nationale supérieure des mines de Saint -Etienne) was used for deterministic simulations and the geochemical system studied concerns the dissolution of diopside with precipitation of secondary minerals such as calcite and magnesite.After analysis by the method of design of experiments, the results show that high spatial correlation variance combined with high dispersion of minerals promotes a high reactivity when minerals chemically disturbing is the kinetic parameter kS. In addition, a high velocity injection accelerates the dissolution of the mineral studied. However, the effect of spatial variability of the thermodynamic parameter, did not significantly affect the results, the system behaves as in the homogeneous case. From the standpoint of homogenizing the parameter kS, include the influence of the history of dissolution.

Extreme Value Theory nds application in problems concerning low probability but high consequence events. In hydrology the study of heavy rainfall is important in regional ood risk assessment. In particular, the N-year return level is a key output of an extreme value analysis, hence care needs to be taken to ensure that the model is accurate and that the level of imprecision in the parameter estimates is made explicit. Rainfall is a process that evolves over time and space. Therefore, it is anticipated that at extreme levels the process would continue to show temporal and spatial correlation. In this study interest is in whether any trends in heavy rainfall can be detected for the Western Cape. The focus is on obtaining the 50-year daily winter rainfall return level and investigating whether this quantity is homogenous over the study area. The study is carried out in two stages. In the rst stage, the point process approach to extreme value theory is applied to arrive at the return level estimates at each of the fteen sites. Stationarity is assumed for the series at each station, thus an issue to deal with is that of short-range temporal correlation of threshold exceedances. The proportion of exceedances is found to be smaller (approximately 0.01) for stations towards the east such as Jonkersberg, Plettenbergbay and Tygerhoek. This can be attributed to rainfall values being mostly low, with few instances where large amounts of rainfall were observed. Looking at the parameters of the point process extreme value model, the location parameter estimate appears stable over the region in contrast to the scale parameter estimate which shows an increase towards in a south easterly direction. While the model is shown to t exceedances at each station adequately, the degree of uncertainty is large for stations such as Tygerhoek, where the maximum observed rainfall value is approximately twice as large as the high rainfall values. This situation was also observed at other stations and in such cases removal of these high rainfall values was avoided to minimize the risk of obtaining inaccurate return level estimates. The key result is an N-year rainfall return level estimate at each site. Interest is in mapping an estimate of the 50-year daily winter rainfall return level, however to evaluate the adequacy of the model at each site the 25-year return level is considered since a 25 year return period is well within the range of the observed data. The 25-year daily winter rainfall return level estimate for Ladismith is the smallest at 22:42 mm. This can be attributed to the station's generally low observed winter rainfall values. In contrast, the return level estimate for Tygerhoek is high, almost six times larger than that of Ladismith at 119:16 mm. Visually design values show di erences between sites, therefore it is of interest to investigate whether these di erences can be modelled. The second stage is the geostatistical analysis of the 50-year 24-hour rainfall return level The aim here is to quantify the degree of spatial variation in the 50-year 24-hour rainfall return level estimates and to use that association to predict values at unobserved sites within the study region. A tool for quantifying spatial variation is the variogram model. Estimation of the parameters of this model require a su ciently large sample, which is a challenge in this study since there is only fteen stations and therefore only fteen observations for the geostatistical analysis. To address this challenge, observations are expanded in space and time and then standardized and to create a larger pool of data from which the variogram is estimated. The obtained estimates are used in ordinary and universal kriging to derive the 50-year 24-hour winter rainfall return level maps. It is shown that 50-year daily winter design rainfall over most of the Western Cape lies between 40 mm and 80 mm, but rises sharply as one moves towards the east coast of the region. This is largely due to the in uence of large design values obtained for Tygerhoek. In ordinary kriging prediction uncertainty is lowest around observed values and is large if the distance from these points increases. Overall, prediction uncertainty maps show that ordinary kriging performs better than universal kriging where a linear regional trend in design values is included.