Le manque de granulats de qualité dans certaines régions françaises tend à devenir un problème majeur pour les entreprises de travaux publics. En effet, avec une consommation annuelle de 200 millions de tonnes de granulats, la route se doit de faire face en imaginant de nouvelles solutions comme la valorisation de certains matériaux.La craie, située entre roche et sol, possède une place particulière dans le monde des travaux publics. En effet, si son usage est relativement bien maîtrisé en vue de la réalisation de remblais ou de couches de forme, il en est tout autrement des couches d'assise de chaussées.Ce type de matériau est usuellement rejeté de la conception des assises de chaussées car il ne s'insère pas dans les guides normatifs utilisés par les professionnels de la route. Les performances mécaniques et la grande sensibilité à l'eau de ce matériau ne lui permettent pas d'entrer dans les spécifications requises par les normes. Cependant, il est tout à fait envisageable que la craie trouve sa place de manière totale ou partielle en assise de chaussée.Ce matériau que l'on trouve en abondance dans certaines régions françaises pauvres en granulats "haut de gamme" (Nord-Pas de Calais, Champagne-Ardenne...), pourrait ainsi palier un certain manque, participer à la préservation de ressources naturelles et économiser frais et pollution générés par un approvisionnement lointain.Ces travaux menés en partenariat entre le Laboratoire de Génie Civil de l'Ecole Centrale de Lille et le Laboratoire Routier Eurovia de Loos ont donc pour but de proposer des pistes d'amélioration des performances mécaniques de la craie en vue de sa valorisation en assise de chaussée routière

L'objectif principal de cette thèse est la formulation des mélanges stables contenant l'hydroxyapatite gel synthétisée (Ca-HAGel). Le comportement rhéologique des mélanges Eau/(sulfate de calcium) et hydroxyapatite/(sulfate de calcium) a été étudié. Les résultats ont montrés que tous les mélanges sont caractérisés par un comportement rhéologique rhéofluidifiant et thixotrope. Le potentiel zêta a été utilisé dans cette étude pour mieux appréhender les interactions entre les particules et leurs effets sur le comportement des mélanges. La fixation de sulfate sur la surface de Ca-HA favorise la stabilité de la structure du Ca-HAGel. Les analyses de caractérisation effectuées sur les formulations ont montrées la formation de nouveaux composés tels que le sulfate-phosphate de calcium hydrate et l'Ardealite. Les tests de lixiviation et de percolation ont révélés que le taux de relargage de soufre et strontium à partir des sous-produits de gypse était négligeable pour les mélanges contenant Ca-HAGel. Ca-HAGel stabilise les métaux lourds relargués à partir du gypse et plâtre. Les particules du gypse améliorent les performances hydrauliques de Ca-HAGel et le plâtre hydraté stabilise la structure de Ca-HAGel par la formation des particules agglomérées. Le test colonne effectués sur la formulation AWPG2 a montré une grande performance à retenir le plomb et le cadmium avec des capacités de rétention de plus de 99% et 88% respectivement. Le traitement des métaux lourds était lié aux particules de Ca-HA et au phosphate et calcium libres. La formulation AWPG2 peut être utilisée dans les barrières perméables réactives pour traiter les eaux souterraines contaminées.

Texte remanié de : Thèse de doctorat : Art et archéologie : Paris 1 : 2000 : Les monuments de l'eau : aqueducs, châteaux d'eau et fontaines dans la ville moderne (1661-1791). / Bibliogr. p.154-156. Notes bibliogr. Index.

L'érosion est un phénomène d'arrachage et de transport de particules solides par des efforts hydrauliques au sein des ouvrages hydrauliques. Cette pathologie très représentée dans les ouvrages en terre peut conduire à la rupture, aussi, la comprendre et la maîtriser constituent des enjeux sociétaux et industriels très forts. L'érodabilité des matériaux se caractérise au travers notamment d'un essai dit d'érosion de conduit et sa modélisation numérique constitue le pivot de ce travail de thèse. Le phénomène d'érosion est un problème couplé entre le fluide et le solide et nous utiliserons deux codes construits sur des approches particulaires pour aborder le problème : ASPHODEL (ANDRITZLMFA) pour la partie fluide (méthode SPH-ALE Smoothed Particle Hydrodynamics - Arbitrary Lagrangian Eulerian) et YADE (L3S-R) pour la fraction solide (méthode DEM Discrete Element Method). Alors que YADE a été largement utilisé pour modéliser des problèmes géotechniques, ASPHODEL n'a pas encore été évalué dans un tel contexte. Ce travail constituera alors une étude de faisabilité pour l'utilisation d'ASPHODEL dans un contexte du génie civil et donnera les conditions pour espérer obtenir des résultats quantitatifs pour les phénomènes étudiés. Dans un deuxième temps, le couplage entre les deux codes sera construit dans le but d'étudier les phénomènes d'arrachage de particules le long de conduits formés à travers des matériaux granulaires cohérents. La validation du code ASPHODEL à l'échelle de la particule a été effectuée par l'étude de l'écoulement visqueux autour d'un objet 2D (cylindre) fixe et isolé de section circulaire mais aussi carrée ou triangulaire. Les forces de trainée, de portance, le coefficient de pression autour du cylindre et le nombre de Strouhal sont comparés à des résultats issus de la littérature pour différents Reynolds en régime laminaire. La validation du code ASPHODEL à l'échelle de l'échantillon a consisté à étudier un écoulement fluide entre des parois lisses ainsi que des parois constituées de particules solides fixes créant une rugosité. Le coefficient de frottement a été systématiquement calculé et comparé aux résultats issus de la littérature et le torseur fluide sur chaque particule solide des parois a été aussi évalué. Enfin, le couplage partitionné entre les deux codes fluide et solide a été construit et validé qualitativement pour le problème de la sédimentation sous gravité d'un grain solide rigide dans un fluide visqueux.

Les matériaux granulaires présentent un large spectre de propriétés mécaniques. Développer des modèles constitutifs permettant d'intégrer ces caractéristiques dans le cadre de simulations à l'échelle de l'ouvrage demeure un réel challenge scientifique. A cet égard, les approches multi-échelles constituent aujourd'hui une voie très prometteuse. Elles permettent de faire émerger des propriétés macroscopiques à partir de modèles micromécaniques calibrés à l'échelle microscopique.Parmi les modèles multi-échelles, le modèle H marque une avancée majeure pour la prise en compte des effets de la microstructure dans le comportement des matériaux granulaires. La structure du matériau granulaire est décrite par une distribution d'hexagones orientés dans l'espace. A partir d'opérations d'homogénéisation, les contraintes et les déformations incrémentales sont reliées à l'échelle de la distribution, donnant lieu à un modèle de comportement qui a la capacité à reproduire propriétés mécaniques essentielles des matériaux granulaires.Nous étudions dans un premier temps les propriétés mécaniques de l'assemblage hexagonal de grains, élément de base du modèle H, afin d'identifier les conditions menant à sa déstabilisation. Nous réalisons dans un second temps une étude de sensibilité du modèle constitutif vis-à-vis des paramètres micro-mécaniques et microstructurels. Enfin, nous démontrons les capacités opérationnelles du modèle à partir d'essais triaxiaux non drainés réalisés sur un sable lâche liquéfiable.Dans un second temps, le modèle H est implémenté en tant que loi constitutive dans un code de calcul aux différences finies. Des simulations d'essais biaxiaux non homogènes sont conduites afin d'explorer les capacités du modèle à reproduire les différents modes de rupture observés en laboratoire. L'utilisation du modèle H pour modéliser des essais biaxiaux drainés et non drainés met clairement en évidence l'influence de la microstructure sur la réponse mécanique des matériaux granulaires. Enfin, le modèle H est utilisé dans le cadre d'une simulation hydro-mécanique couplée à l'échelle de l'ouvrage pour modéliser le chargement d'une fondation superficielle et la rupture d'une digue soumise à une crue. / Granular materials generally exhibit a broad spectrum of mechanical properties. Developing constitutive models to integrate these properties in the context of simulations at the structure scale remains a real scientific challenge. In this respect, multi-scale approaches offer very promising solutions as they allow the emergence of macroscopic properties from micromechanical models calibrated on a microscopic scale.Among the multiscale models, the H model marks a major step forward in taking into account the effects of the microstructure in the behavior of granular materials. The structure of the granular material is described by an assembly of hexagons, oriented in space. From homogenization operations, stresses and incremental strains are related to the scale of the assembly, giving rise to a constitutive model that has the ability to reproduce the essential mechanical properties of granular materials.We first study the mechanical properties of the hexagonal grain assembly in order to identify the conditions leading to the triggering of its instability. We then carry out a study of the sensitivity of the constitutive model with respect to micro-mechanical and microstructural parameters. Finally, we demonstrate the operational capacities of the model from triaxial undrained tests carried out on a liquefiable loose sand.In a second step, the H model is implemented as a constitutive law in a finite difference code. Simulations of non-homogeneous biaxial tests are carried out in order to explore the model's capacities to reproduce the different failure modes observed in the laboratory. The use of the H model to model drained and undrained biaxial tests highlights the influence of the microstructure on the mechanical response of granular materials. Finally, model H is used in numerical simulations at the structure scale to model the loading of a shallow foundation and the failure of a levee subjected to a flooding event.

L'utilisation croissante des sources d'énergie renouvelable avec une grande volatilité de production, comme l'énergie éolienne et solaire, conduit à des fluctuations dans le réseau électrique qui doivent être compensées. Pour cette raison les machines hydrauliques, turbines et pompes, sont plus souvent opérées dans les régimes de fonctionnement hors fonctionnement nominal et la fréquence des phases de démarrage et arrêt augmente. Ce type de fonctionnement peut avoir des conséquences importantes sur le cycle de vie des machines. Il est donc essentiel de prendre en compte l'écoulement dans les phases transitoires lors de la conception de la machine et la simulation numérique des écoulements est un outil adapté pour cela. La présente étude a pour objectif de développer une méthode de couplage flexible qui combine la méthode à maillage volumes finis (VF) et la méthode sans maillage Smoothed Particle Hydrodynamics - Arbitrary Lagrange Euler (SPH-ALE). Cette méthode couplée peut être utilisée comme outil pour l'investigation des phénomènes transitoires dans les machines hydrauliques. SPH-ALE est particulièrement bien adapté aux simulations des écoulements fortement dynamiques avec des géométries mobiles mais elle a des difficultés pour calculer des forts gradients de pression et vitesse. Un raffinement de particules est difficile à implémenter, surtout si les particules doivent être raffinées de manière anisotrope. Les méthodes volumes finis (VF) sont établies pour les simulations numériques d'écoulements grâce à leur stabilité et précision. Par contre, elles peuvent être lourdes pour les simulations avec des géométries mobiles et demandent souvent une interface entre des parties mobiles et statiques du maillage ce qui génère des erreurs supplémentaires. Pour combiner les deux approches complémentaires, une méthode de couplage a été développée qui décompose le domaine de calcul en zones où la vitesse et la pression sont calculées par la méthode VF, en zones où elles sont obtenues par SPH-ALE et en zones de recouvrement où les informations sont transférées de la zone VF à la zone SPH et inversement. Dans les zones de recouvrement les points de calcul VF sont utilisés comme voisins pour l'intégration en espace des particules SPH. Aux limites du maillage VF la vitesse et la pression sont interpolées des particules SPH, similairement aux méthodes Chimére des maillages recouvrants. Un logiciel SPH-ALE existant du groupe ANDRITZ est utilisé pour cette étude. Un solveur VF faiblement compressible est implémenté dans ce logiciel. Le solveur discrétise la même forme des équations de Navier-Stokes que le solveur SPH-ALE. Des solveurs de Riemann avec des états reconstruits par la méthode MUSCL sont employés. En outre, le solveur SPH-ALE est amélioré et adapté aux écoulements internes. Pour cette raison des conditions à l'entrée et à la sortie du type subsonique sont implémentées. Du plus, une méthode de correction du gradient de la fonction kernel est présentée qui améliore la précision du champ de pression, notamment si les particules ne sont pas distribuées régulièrement. La méthode couplée est validée à l'aide des cas test académiques en unidimensionnel et en bidimensionnel, comme le cas de tube à choc, les tourbillons de Taylor-Green et l'écoulement autour d'une aube symétrique du type NACA avec des particules en description eulérienne. En outre, le couplage offre la possibilité d'imposer des conditions à la sortie aux particules lagrangiennes. La méthode est appliquée aux simulations d'écoulement transitoire en 2D avec des particules qui se déplacent en suivant les géométries mobiles. / The increased use of intermittent forms of renewable energy like wind and solar energy produces fluctuations in the electric grid that have to be compensated. For this reason, hydraulic machines like turbines and pumps are more often operated under non-conventional operating conditions and are submitted to frequent starts and stops. This type of operating conditions has important consequences on the life cycle of the machines. It is thus of paramount importance that transient flows at off-design conditions are properly taken into account in the design phase and numerical simulation is an appropriate way to do so. The present study aims at developing a flexible coupling method of the meshbased Finite Volume Method (FVM) and the meshless Smoothed Particle Hydrodynamics - Arbitrary Lagrange Euler (SPH-ALE) method, which can be used as a tool for the investigation of transient phenomena in hydraulic machines. SPH-ALE is very well adapted for the simulation of highly dynamic flows with moving geometries but has difficulties to correctly represent rapidly changing gradients of the field variables. Particle refinement is difficult to implement, especially if particles are refined in an anisotropic way. FV methods are well established in CFD because of their accuracy and stability. However, they can be tedious for simulations with moving geometries and often necessitate an interface between moving and static parts of the mesh which introduces additional errors. To overcome the shortcomings of both methods, a coupling method is developed that uses a decomposition of the computational domain into regions where the physical field variables are computed by the FV method, regions where they are computed by SPH-ALE and overlapping regions where the information is transferred from the FV domain to the SPH domain and vice versa. In the overlapping regions FV calculation points are used as neighbors for the SPH integration in space. At the boundaries of the FV mesh, velocity and pressure are interpolated from the SPH particles by means of scattered data interpolation techniques, similarly to Chimera methods for overlapping grids. For this study, an existing SPH-ALE software of the ANDRITZ Group is used. A weakly compressible FV solver is implemented into this software that discretizes the same form of the Navier-Stokes equations than the SPH-ALE solver. Similar to the present SPH-ALE method, Riemann solvers with reconstructed states, obtained by a MUSCL scheme, are employed. Moreover, adaptations and improvements of the SPH-ALE solver itself are made, which are important for the coupling and for the simulation of internal flows in general. Thus, subsonic inlet and outlet conditions are implemented. Furthermore, a correction method of the kernel gradient is presented that ensures zeroth order consistency of the SPH-ALE approximation of the divergence of the convective fluxes. The correction improves greatly the SPH pressure field on non-uniform particle distributions. The implemented coupled method is successfully validated by means of inviscid academic one-dimensional and two-dimensional testcases like a shock tube case, Taylor-Green vortices and the flow around a symmetric NACA airfoil with particles in Eulerian description. Furthermore, the coupling provides a possibility to implement outlet boundary conditions to Lagrangian moving SPH particles. It is then applied to the simulation of transient flows in rotor stator systems in 2D with moving particles.

Depuis plus de 30 ans, de nombreux projets de recherches ont mis en évidence une occupation dense et complexe du bassin lacustre du Titicaca, et en particulier celle de la période Tiwanaku entre le 5e et le 11e siècle de notre ère. Celle-ci sera la première à modifier profondément le paysage lacustre en y laissant une empreinte matérielle indélébile. L’utilisation des plaines, des vallées et des élévations naturelles connectées ou surplombant le lac est donc physiquement marquée par l’occupation de cette culture. Or, l’utilisation ancienne de ces espaces s’arrête-t-elle à la frontière entre la terre ferme et cette vaste étendue d’eau ? Dans le cadre de ce projet de recherche, nous proposons d’élargir - au sens propre et figuré - l’étude de la culture Tiwanaku en agrandissant le territoire usuellement étudié grâce à l’intégration de deux espaces dont l’utilisation ancienne est encore à l’heure actuelle totalement méconnue : l’espace littoral (les côtes) et l’espace lacustre (le lac). La mise en place d’un projet de recherche utilisant les techniques de plongée devenait donc nécessaire et inévitable pour étudier les témoignages matériels directs de l’utilisation du lac par l’homme, et de sa signification pour les populations de la période Tiwanaku. Les conditions naturelles favorables ont motivé les premiers peuplements des rives et des îles, et le lac a progressivement fait partie de l’identité des populations qui s’y sont installées. Que ce soit sur le plan politique, socioculturel ou rituel, le lac a eu une incidence sur l’évolution de ces populations et a favorisé l’émergence de pratiques indissociables d’un espace lacustre. Les géostratégies d’occupation du territoire en sont tributaires, ainsi que les stratégies de subsistance, de vie et de survie, notamment durant les périodes de crise. Sur le plan rituel et sacré, cette « mer intérieure » faisait partie du quotidien et, en tant que telle, a joué un rôle prépondérant dans la relation qu’entretenait l’homme avec l’espace dans lequel il vivait. Il a rationalisé cet espace pour le comprendre (croyances, mythes, etc.), a développé des schémas et des objets symboliques pour le représenter (iconographie, offrandes, etc.), et a créé des rites pour l’entretenir. Dans le cadre de ce projet de recherche, nous proposons principalement d’aborder l’utilisation et la perception de l’espace lacustre Tiwanaku grâce à l’analyse des pratiques d’offrandes subaquatiques de céramiques rituelles de type incensario, en comparaison avec celles attestées sur la terre ferme. Un site d’offrandes sous l’eau ne peut pas en effet être analysé de manière isolée, car il met en évidence des pratiques rituelles du passé en relation avec d’autres espaces non immergés. Les sites d’offrandes représentent par conséquent des espaces d’étude privilégiés, car ils documentent directement la relation de l’homme de Tiwanaku avec son environnement, et en particulier le lac. / Doctorat en Histoire, histoire de l'art et archéologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le dragage des sédiments est nécessaire afin de maintenir le transport et les activités maritimes mais les sédiments extraits sont souvent pollués en métaux lourds et en composés organiques. Face à la nécessité du dragage et à la pollution, la société Solvay a mis au point un procédé permettant de traiter les sédiments dragués pour envisager une valorisation : le procédé Novosol®. Ce procédé a pour but de stabiliser les métaux présents dans les sédiments par phosphatation (ajout d’acide phosphorique H3PO4) et de dégrader la matière organique par calcination à 650°C. Un acide phosphorique pur est habituellement utilisé pour l’étape de phosphatation. Cependant, dans la présente étude plusieurs acides phosphoriques de nature et de sources différentes fournis par la société PRAYON ont été utilisés. Les principales caractéristiques de deux sédiments traités avec plusieurs types d’acides phosphoriques sont présentées dans cette thèse. D’un point de vu mécanique les formulations effectuées avec les sédiments traités sont conformes aux normes routières. L’étude environnementale a montré que les quantités de métaux lourds relarguées par les matériaux formulés à partir des sédiments traités sont inférieures aux seuils fixés par la législation en vigueur. Les résultats obtenus avec les différents types d’acides sont similaires. Cela permet d’envisager l’utilisation des sédiments de dragage traité Novosol® en technique routière. / Dredging of sediments is necessary in order to maintain maritime activities and for flood prevention. However increased industrial activities are causing accumulation of pollutants in the sediments. The main contaminants are heavy metals and organic compounds. Because of the cost of storage, treatment and valorization can be economically sound. This study focuses on the technology to treat heavy metals from dredged sediments using phosphoric acid (H3PO4) (the Novosol®process developed by Solvay company) with a goal to stabilize heavy metals by capturing them in a calcium phosphate matrix and to destroy organic matter by calcination at 650°C. Several studies have been conducted in this field. The stabilized materials obtained have been used in civil engineering. However these studies have never assessed the effect of the composition of the phosphoric acid on the treatment. In this thesis dissertations the effect of two types of phosphoric acids with various purities and origins provide by PRAYON company were compared. The investigation focuses on the effect of the phosphoric acids on the environmental behavior of metals and on the geotechnical properties of the dredged sediment. The environmental study has shown that the concentration of heavy metals released by materials made from treated sediments are below the regulation limits . The results obtained with the different types of acids are comparable. This allows to consider the use of treated dredged sediment by process Novosol® as road materials.

Les inondations présentent une grande menace à la sécurité humaine et matérielle. Les effets associés à ces phénomènes naturels risquent d'augmenter encore plus avec les tendances liées aux changements climatiques. Il est donc important de disposer d'outils de prévision et de prévention des crues fiables afin de mitiger les conséquences dévastatrices reliées. La mise en œuvre de ces outils implique des processus physiques assez complexes et nécessite beaucoup de données avec toute l'incertitude associée. Dans cette thèse, on explore les différentes sources d'incertitudes liée à la détermination des niveaux d'eau en rivières principalement dans un contexte de prévision où l'incertitude liée aux données de forçage est très importante. Les analyses conduites sont appliquées à la rivière Chaudière au Québec. En premier lieu, nous avons exploré les différentes sources paramétriques d'incertitude associées à la modélisation hydraulique dans un contexte de simulation avec un accent sur l'amélioration de la calibration du modèle hydraulique. Par la suite, dans un contexte de prévision opérationnel, on a évalué la propagation des sources d'incertitude de la prévision atmosphérique au modèle de rivière en passant par les prévisions hydrologiques avec des techniques probabilistes d'ensemble. La quantification de l'incertitude a montré que les données de forçage sont celles qui contribuent le plus à la description de l'incertitude dans la détermination des niveaux d'eau. L'incertitude paramétrique, dans un contexte de prévision, est quant à elle négligeable. Le recours à des prévisions d'ensemble a permis de produire une prévision de niveau d'eau assez fiable et a montré que celle-ci est fortement liée à la qualité des données qui proviennent de la chaine de prévision hydrométéorologique à l'amont du système de prévision proposé. / Floods are a major threat to human and infrastructure security. The impacts of these natural hazards are likely to increase further with climate change trends. It is therefore important to develop reliable flood forecasting and mitigation tools to help reduce their devastating consequences. The implementation of these tools involves quite complex physical processes and requires a lot of data with all the associated uncertainty. In this thesis, we explore and evaluate the different sources of uncertainty related to the determination of water levels in rivers mainly in a forecasting context where the uncertainty related to forcing data is very important. The analysis carried out is applied to the Chaudière River in Quebec. First, we explored the various parametric sources of uncertainty associated with hydraulic modelling in a simulation context with a focus on improving the calibration of the hydraulic model. Then, in an operational forecasting context, we evaluated the propagation of uncertainty sources from climate forecast to the river model through hydrological forecasting using ensemble driven techniques. Quantification of uncertainty showed that forcing data contribute the most to the description of uncertainty in water level determination and the parametric uncertainty, in a forecasting context, is very negligible. The adoption of ensemble forecasts allowed us to provide reliable water level forecasts and showed that they are highly dependent on the quality of the data produced by the hydrometeorological forecast chain upstream of the proposed forecasting system.

Dans le cadre des aménagements hydrauliques de la CNABRL ( Compagnie du Bas-Rhône-Languedoc) à des fins d'aménagement du territoire, des études géologiques et géotechniques ont été menées. Elles concernent : le Gardon du Mialet, l'Hérault, le Salagou, l'Orb, le Rieuberlou, l'étang de Sigean et les barrages envisagés le long de ces cours d'eau.