L'objectif de cette thèse est de caractériser par des approches expérimentales et numériques les effets hydrique, mécanique et hydromécanique dus à la désaturation et la resaturation de l'argilite de l'Est, roche hôte du futur laboratoire souterrain de stockage des déchets radioactifs à Bure (France). Nous présentons des approches expérimentales et numériques pour caractériser le phénomène de transfert hydrique dans l'argilite. Une méthode simple d'identification est proposée, en déterminant la diffusivité hydrique linéarisée à partir de mesures pondérales sur des échantillons (tube mince et plaque mince) soumis à des paliers d'humidité suivant un cycle de désaturation-resaturation. Le transfert hydrique est non-linéaire. Pour interpréter ce phénomène, on établit un modèle numérique non linéaire tenant compte des phénomènes physiques (la conduction hydraulique, la diffusion de vapeur, le changement de phase etc.). On étudie ensuite l'évolution du comportement physique et mécanique de la roche argileuse en fonction de l'humidité imposée, suivant un cycle de désaturation-resaturation par paliers successifs. La déformation hydrique, la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques, les propriétés élastiques, les caractéristiques de rupture et les phénomènes différés dépendent de l'état hydrique de matériau. L'influence de la désaturation et de la resaturation sur "un modèle réduit de tunnel» est étudiée. Pour mettre en valeur l'anisotropie de la roche, on utilise des tubes épais dont l'axe est parallèle ou perpendiculaire à la stratification. Ces tubes sont soumis à des chargements hydriques par ventilation d'air à hygrométrie variable dans leur trou central. Nous utilisons un modèle poroélastique non-linéaire, pour interpréter les phénomènes hydromécaniques anisotropes observés. On montre que les chargements hydriques peuvent conduire à des ruptures de l'éprouvette qui respectent les directions d'anisotropie de la roche, et qui peuvent être interprétées par le modèle hydromécanique comme une violation d'un critère de rupture en contrainte totale de traction. Finalement, des calculs numériques pour les phénomènes engendrés par la désaturation et la resaturation à l'échelle des ouvrages souterrains sont réalisés, par des modèles numériques calibrés à partir de résultats expérimentaux. Des solutions analytiques et numériques par la méthode des éléments finis sont réalisées pour prévoir l'influence de la désaturation et de la resaturation sur le massif d'argilite dans les galeries souterraines.

Mémoire (M. Sc. pures)--Université du Québec à Chicoutimi, 1986. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

La consommation de béton devient de plus en plus importante en raison d'une urbanisation accrue nécessitant la réhabilitation et la construction de bâtiments et d'infrastructures. Néanmoins, la production de béton qui doit accompagner le développement urbain entraîne des problèmes environnementaux relatifs à la préservation des ressources naturelles qui ne sont pas inépuisables. Malgré des efforts de recyclage, la plupart des matériaux recyclés sont généralement utilisés pour les travaux routiers ou de remblai. En s'inscrivant dans le Projet National Recybéton (PN), ce travail de thèse a pour objectif d'apprécier la valorisation du recyclage des matériaux issus des bétons déconstruits en les intégrant dans de nouveaux bétons. Deux types de matériaux recyclés sont étudiés, les fines qui sont produites en quantités importantes lors de la phase de concassage du béton d'ouvrage démoli, et les granulats (sable et gravillon) qui sont pour la plus grande part issus des granulats naturels initiaux. Le présent travail a donc pour mission de quantifier des propriétés des matériaux cimentaires aux différents états lors de l'utilisation de : * granulats recyclés dans le squelette granulaire, * fines de sable broyé (SBC) et de fines de dépoussiérage (FBC) en tant qu'additions minérales. La première partie est dédiée à l'étude de l'influence de l'état hydrique des granulats recyclés (sable et gravillon) sur l'évolution de la rhéologie du béton dans le temps, et à l'étude de leur incidence sur la résistance à la compression à 28 jours. Les résultats obtenus dans la limite du contexte expérimental nous permettent de suggérer des recommandations sur l'état hydrique initial des recyclés et sur leur taux d'incorporation dans le mélange de béton. La deuxième partie présente l'évaluation de la faisabilité d'utiliser des sables de bétons concassés et des fines de bétons concassés (récupérées industriellement) comme addition minérale dans les matériaux cimentaires. A partir des résultats obtenus, il est possible d'apprécier dans quelle mesure ces fines sont compatibles avec les matrices cimentaires aux états frais, durcissant et durci. La troisième partie propose une piste pour limiter le problème de la Réaction Alcali-Granulat (RAG) dans le béton de granulats recyclés. La stratégie est basée sur deux volets. La première insiste à vérifier l'applicabilité du fascicule de documentation FD P18-464 lors de l'utilisation de granulats recyclés. Le deuxième examine l'intérêt de l'utilisation des additions minérales pour limiter, voire empêcher la RAG. / The concrete consumption has been becoming more and more important due to the increase of urbanization requiring the rehabilitation and the construction of buildings and infrastructure. Nevertheless, the concrete production that accompanies the urban development leads to many environmental problems related to the preservation of natural resources which are not inexhaustible. Despite of recycling efforts, most of recycled materials are typically used for road works or embankment. By participating in the French National Project Recybéton, this thesis aims to assess the enhancement of recycling materials issued from deconstructed concretes by incorporating them in new concrete design. Two types of recycled materials will be studied, the powder produced in large quantities during the crushing phase of demolished concrete, and the aggregates (sand and gravel) whose the most part issued from the initial natural aggregates. Therefore, research study aims to quantify the properties of cementitious materials in various states by the use of: • recycled aggregates in the granular skeleton, grinded recycled concrete sand and powder of dust removal as supplementary cementing materials. The first part is dedicated to the study of the influence of moisture states of recycled aggregates (sand and gravel) on the concrete's rheology evolution in time and the study of their impact on 28 days compressive strength. The results obtained within the limit of experimental context will allow suggesting recommendations on the initial moisture state of recycled aggregates and their incorporation's rate in the concrete mix. The second part presents the evaluation of the feasibility of using grinded recycled concrete sand and crushed concrete powder (industrially recovered) as supplementary cementing materials. From the results, it will be possible to assess the extent that these fines are compatible with cement matrix in the fresh state, hardening state and hardened state. The third part proposes a way to limit the problem of Alkali-Aggregate Reaction (AAR) in recycled concrete. The strategy is based on two methods. The first insists to verify the applicability of the FD P18-464 documentation when using recycled aggregates. The second examines the interest in the use of mineral additives to limit or even prevent the AAR.

Les membranes Nafion©, composant essentiel des piles à combustibles (PEMFC), ont des performances liées à leur hydratation. En collaboration avec le CEA, nous avons développé une méthode de mesure de la vitesse ultrasonore et du gonflement de ce type de membranes par insertion-substitution. Conséquence de la faible épaisseur des échantillons devant la longueur d'onde, un phénomène de recouvrement apparait entre les différents échos d'aller-retour dans le matériau. Un algorithme de Matching Pursuit a été adapté au cas des membranes afin de déconvoluer les échos et ainsi de permettre la mesure de la vitesse de propagation ultrasonore et de l'atténuation. Nos mesures nous ont également permis de déterminer l'épaisseur de ces membranes. Une étude sur la robustesse et le domaine de validité de notre méthode de traitement est présentée. Ce manuscrit recense également l'ensemble des résultats sur la caractérisation des membranes Nafion dans différents états d'équilibre hydrique, attestant de la possibilité de caractériser la reprise hydrique de ce polymère par méthode ultrasonore. / No summary available

Après un état de l’art sur l’ensemble des fluxmètres thermiques existants, il a été mis en évidence qu’aucun n’est capable d’analyser le couplage des transferts thermiques et hydriques à cause de leurs imperméabilités. De plus leur semi rigidité les contraint à être utilisés sur des surfaces planes et statiques. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’élaborer un fluxmètre thermique à gradient tangentiel de température à paroi auxiliaire textile (ou fluxmètre thermique textile). Grâce à sa porosité et souplesse, ce fluxmètre thermique textile est capable de mesurer le couplage des transferts thermiques et hydriques avec une perturbation minimale et également d’épouser des formes gauches et déformables. Trois procédés ont été utilisé pour la production des fluxmètres thermiques textiles : une thermopile a été réalisée avec la technologie des électrodes plaquées avec deux méthodes différentes, à savoir additive ou soustractive, et celui-ci a été inséré dans la paroi auxiliaire textile pendant le tissage de cette paroi avec deux orientations différents, à savoir en chaine ou en trame. De plus, l’influence de la paroi auxiliaire textile sur la performance du fluxmètre thermique textile a été étudiée. Deux matériaux différents, à savoir un hydrophile et un hydrophobe, et deux armures différentes, à savoir l’une avec des aspérités et l’autre avec une surface lisse, ont été comparés. Parmi tous les fluxmètres thermiques textiles et références, le fluxmètre thermique conçu avec un matériau hydrophile et une surface lisse donne une sensibilité plus importante. Celle-ci peut être expliquée par sa résistance thermique élevée et son contact optimisé avec la surface de mesure. Il a été observé que le fluxmètre thermique textile avec un matériau hydrophobe est moins influencé par la mesure du couplage des transferts. / After a state of the art on existing heat fluxmeters, it has been demonstrated that they aren’t able to measure the coupling between heat and mass transfers because of their impermeability. Moreover, they can be used just for flat and static surfaces because of their semi rigidity. Thus, the objective of this study is to develop a heat flow meter tangential temperature gradient with a textile auxiliary wall (textile heat fluxmeter). It is able to measure the coupling between heat and mass transfers with a minimum perturbation and it can be used for complex surfaces due to its porosity and flexibility. Three different processes were used to develop textile heat fluxmeters: a thermopile was realized with electroplating technology with two different methods, i.e. additive or subtractive, and it was inserted into the textile auxiliary wall during the weaving process with two different orientations, i.e. weft and warp. Moreover, the influence of the textile auxiliary wall on the textile heat fluxmeters’ performance was studied. Two different materials, i.e. a hydrophilic and a hydrophobic, and two different weaving structures, i.e. with a rough surface and with a flat surface, were compared. Among all the textile and reference heat fluxmeters, the textile heat fluxmeter with hydrophilic material and flat surface gives the highest sensitivity. This can be explained by its higher thermal resistance and optimized contact with the measuring unite. It was observed that the textile heat fluxmeter with hydrophobic material is less influenced by the measurement of the coupling between heat and mass transfers: its behavior is less modified by humidity.

Le vieillissement de la peau et l'exposition cumulative aux UVs au sein d'une vie affecte un certain nombre d'acteurs de la matrice extracellulaire, majoritairement le collagène, l'élastine, les glycanes et les biomolécules qui leurs sont associés (métalloprotéinases et leurs inhibiteurs, hyaluronidases, etc...) qui peuvent être modifiés en terme de concentration, de structure et/ou de répartition. L'organisation hydrique est également perturbée lors de ce phénomène et l'ensemble de ces modifications aboutit à une perte de fonction de la matrice et à l'apparition de manifestations cliniques du vieillissement. L'objectif de ce travail de thèse effectuée en partenariat avec le Centre de Recherche sur la peau (Pierre Fabre Dermo-Cosmétique) est d'analyser les modifications du derme et de l'organisation hydrique au sein de la matrice, avec l'âge et sous l'effet des UVs, de façon à mieux comprendre les altérations de la peau dans ces conditions. Compte tenu des différentes échelles à explorer - de l'Angstrom au micron -, la combinaison d'un ensemble de techniques est nécessaire pour disposer de lois de comportement de dynamique macromoléculaire qui permettent l'interprétation des résultats. Nous avons tout d'abord validé l'utilisation de la spectroscopie infra-rouge (IRTF), de l'analyse calorimétrique diatherme (ACD) et de la technique des courants thermostimulés (CTS) pour analyser des biopsies cutanées humaines. Ces techniques se sont révélées adaptées pour sonder le derme sur une large gamme d'échelle, et pour apporter des informations pertinentes sur les principales macromolécules du derme et sur son organisation hydrique. Nous avons ensuite suivi l'évolution des réponses thermiques, diélectriques et vibrationnelles du derme au cours du vieillissement chronologique et du photo-vieillissement via une étude clinique portant sur des sujets de deux groupes d'âge (20-30 ans et supérieur à 60 ans). Ce travail a permis d'extraire des marqueurs du vieillissement intrinsèque et extrinsèque. L'évolution de ces réponses a aussi été suivie dans une étude ex vivo portant sur les effets de l'exposition du derme aux UVs, afin de contribuer à la compréhension des différents mécanismes mis en jeu lors du vieillissement chronologique et du photo-vieillissement. / Skin aging and cumulative exposure to UVs within a lifetime affects a number of actors in the extracellular matrix such as collagen, elastin, glycans and associated biomolecules (metalloproteinases and their inhibitors, hyaluronidases, etc). The concentration, structure and / or distribution, and the hydric organization are modified by this phenomenon. All these modifications result in a loss of function of the matrix and the clinical manifestations of aging. The aim of this thesis, carried out in collaboration with the Skin Research Center of Pierre Fabre Dermo-Cosmétique, is to analyze the changes in the dermis and the hydric organization within the matrix with age and under the effect of UVs to help the knowledge of skin alteration under these conditions. Given the different scales to be explored - from Angstrom to the micron - a combination of different techniques is necessary to reach the macromolecular dynamics via behavior laws. Firstly, we validated the use of infrared spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC) and thermostimulated Currents (TSC) techniques to analyze human cutaneous biopsies. These techniques were proven to be suitable to scan the dermis over a wide range of scales and to provide relevant information on the main macromolecules of the dermis and the different water structures. Then we studied the evolution of thermal, dielectric and vibrational signatures of the dermis during chronological aging and photo-aging via a clinical study involving subjects from two age groups (20-30 years and over 60 years). Markers of intrinsic and extrinsic aging have been extracted from this work. The evolution of these signatures was also studied in an ex vivo study on the effects of UV exposure of dermis, leading to a better understanding of the different mechanisms involved in chronological aging and photo-aging.

De nombreux cas de mortalité de Sapin pectiné (Abies alba Mill.) sont constatés en limite sud de son aire de répartition en Provence et semblent être liés aux sécheresses successives de la dernière décennie et à la répartition des propriétés hydriques du sol. L’enjeu est alors de mieux évaluer l’impact du stress hydrique sur le fonctionnement écophysiologique de cette espèce et de pouvoir caractériser et cartographier les zones les plus vulnérables à la sécheresse. Sur le Mont Ventoux, une expérimentation a été mise en place pour suivre pendant 3 ans différents paramètres écophysiologiques impliqués dans le comportement hydrique du Sapin pectiné sur des placettes pour lesquelles les propriétés du sol étaient caractérisées. Sur cette montagne de type karstique, les profondeurs de sols sont très variables et, à l'échelle stationnelle, les taux de mortalité et les intensités de stress hydrique étaient plus élevés sur les sols ayant une réserve hydrique plus importante. De plus, un arrière-effet de la sécheresse de 2009 a été observé réduisant durablement la transpiration de l'année suivante. Une approche par modélisation mécaniste a alors été adoptée en intégrant de nouveaux formalismes sur la dynamique racinaire permettant de prendre en compte cet arrière-effet. Elle a été évaluée sur les différents paramètres impliqués dans le cycle de l'eau et du carbone des arbres et le modèle a été validé sur les dynamiques de transpiration et d’accroissement en largeur de cernes des troncs. Des indices basés sur la mesure de température de surface ont été utilisés pour évaluer la possibilité de détecter le stress hydrique en forêt. Il existe une variabilité résiduelle liée aux facteurs climatiques et à la dimension réduite de la surface de mesure dans la relation entre transpiration et température de surface à l'échelle de l'arbre. A l’échelle du versant, la température de surface a permis d'identifier la répartition spatiale de la durée et de l'intensité du stress hydrique en accord avec la typologie de sol réalisées. La télédétection dans l'infrarouge thermique pourrait ainsi être un outil intéressant pour la gestion forestière. / Many reports of deaths of silver fir (Abies alba Mill.) are mentioned at the southern limit of its limit of distribution in Provence and appear to be related to the successive droughts of the last decade and to the distribution of soil water properties. The aim of the study is then to better assess the impact of water stress on ecophysiological functioning of this species and to characterize and map the areas more vulnerable to drought. On the Mont Ventoux, an experiment was set up to monitor for 3 years ecophysiological parameters involved in the water behaviour of silver fir on plots where soil properties were characterized. On this type of karstic mountain, soils depth is highly variable and, at forest stand scale, mortality rates and intensities of water stress were higher on soils with greater water reserve. In addition, a post-effect of the drought of 2009 was observed by reducing transpiration of the following year. A mechanistic modelling approach was then adopted by integrating new formalisms of root dynamics to take into account this post-effect. It was evaluated on various parameters involved in the water and carbon cycles of trees and the model was validated on the dynamics of transpiration and on annual rings width increment of tree trunks.Indices based on measured surface temperature were used to assess the possibility of detecting water stress in forests. At tree scale, there is a residual variability due to climatic factors and to the small size of the measurement surface in the relationship between transpiration and surface temperature. At the mountainside scale, surface temperature indices allowed identifying the spatial distribution of the duration and intensity of water stress according to the typology of soil done. Remote sensing in the thermal infrared could then be a useful tool for forest management.

Aujourd’hui, comprendre comment les plantes réagissent au stress hydrique est essentiel pour relever le défi de développer de nouveaux cultivars et de nouvelles stratégies d’irrigation, compatibles avec le maintien de la productivité des cultures sous les effets néfastes du réchauffement climatique. Dans ce contexte, l’étude des relations eau/plante présente un intérêt majeur pour la modélisation des réponses des plantes et des organes aux contraintes biotiques et abiotiques. Paradoxalement, il existe très peu de méthodes directes et non invasives pour quantifier et mesurer le niveau et le débit de l’eau dans les plantes.Dans le cadre de ce projet, nous rapportons le développement d’une méthodologie innovante basée sur la relaxation par résonance magnétique nucléaire à champ faible (RMN). Un dispositif RMN dédié pour effectuer des mesures RMN sur des plantes vivantes a été construit dans une chambre climatique qui permet un contrôle et une modification minutieuse des paramètres environnementaux pendant l’expérimentation sur des longues périodes au laboratoire. En parallèle, une imagerie RMN complémentaire à haut champ magnétique pour étudier, l’anatomie, la teneur en eau, le transport du phloéme et du xylème chez les plants de sorgho a été réalisé. La combinaison de ces approches nous permet de déterminer des biomarqueurs éco-physiologiques innovants et de concevoir de nouvelles expériences en laboratoire et même dans les champs.Un résultat particulièrement intéressant concerne l’étude de la distribution spatiale de l’eau dans les tiges (nœuds et entrenœuds) à partir de la relaxométrie RMN à faible champ et des images IRM 3D à haute résolution. La modification des paramètres de relaxation RMN au cours du cycle diurne dynamique sera présentée dans des conditions normales et en situation de stress abiotique. Une application directe permet d’extraire des biomarqueurs écophysiologiques qui permettent d’explorer et de modéliser les flux d’eau en période de stress hydrique et d’analyser leur impact sur le développement du sorgho.Notre but ultime est d’effectuer ces études RMN directement dans les champs. Ainsi, un appareil RMN portable fait maison, fonctionnant à 336 kHz est présenté. Le développement et l’optimisation de l’homogénéité d’un aimant résistif et de bobines Radio Fréquence ainsi que des séquences d'impulsions RMN, afin de respecter la polyvalence et les conditions thermiques pour maintenir la plante ,intacte sont décrits en détails. Enfin nous présenterons nos investigations menées avec ce dispositif en laboratoire, dans les serres et dans les champs de sorgho. / Today, understanding how plants respond to water stress is essential to meet the challenge of developing new cultivars and new irrigation strategies, consistent with the maintenance of crop productivity with the evidence of global warming. In this context, the study of plant /water relations is of central interest for modeling plant and organ responses to biotic and abiotic constraints. Paradoxically, there are very few direct and non-invasive methods to quantify and measure the level and the flow of water in plants.For this purpose, we report on the development of an innovative methodology based on low-field Nuclear Magnetic Resonance Relaxometry (NMR). A dedicated NMR device to perform NMR measurements on living plants has been built in a climatic chamber that allows a control and careful modification of environmental parameters during experimentation over reliable periods of time at the laboratory. In parallel, complementary NMR imaging at high magnetic field to study, the anatomy, water content, phloem and xylem transport in sorghum plants were performed. The combination of these approaches allows us to determine innovant eco-physiological biomarkers and to design new experiments in the laboratory and even in the fields.One particular interesting result concertns the investigation of the spatial distribution of water stems (node and inter node) from low field NMR Relaxometry and 3D high resolution MRI images. The modification of the NMR relaxation parameters during dynamic diurnal cycle will be presented in normal and abiotic stress conditions. A direct application permits to extract eco-physiological biomarkers which allows to explore and model water fluxes during water stress and to analyze their impact on the development of sorghum plant. Our ultimate goal is to perform these NMR studies directly in the fields. Thus, a home made portable NMR device, working at 336kHz(8mT) is presented. The development and optimization of the homogeneity of a resistive magnet and Radio Frequency coils, NMR pulse sequences in order to respect the versatility and thermal conditions to maintain the plant intact are described in details. Finally we will present our investigations conducted with this device in the laboratory, in the greenhouses and in sorghum fields.

De nombreux cas de mortalité de Sapin pectiné (Abies alba Mill.) sont constatés en limite sud de son aire de répartition en Provence et semblent être liés aux sécheresses successives de la dernière décennie et à la répartition des propriétés hydriques du sol. L'enjeu est alors de mieux évaluer l'impact du stress hydrique sur le fonctionnement écophysiologique de cette espèce et de pouvoir caractériser et cartographier les zones les plus vulnérables à la sécheresse. Sur le Mont Ventoux, une expérimentation a été mise en place pour suivre pendant 3 ans différents paramètres écophysiologiques impliqués dans le comportement hydrique du Sapin pectiné sur des placettes pour lesquelles les propriétés du sol étaient caractérisées. Sur cette montagne de type karstique, les profondeurs de sols sont très variables et, à l'échelle stationnelle, les taux de mortalité et les intensités de stress hydrique étaient plus élevés sur les sols ayant une réserve hydrique plus importante. De plus, un arrière-effet de la sécheresse de 2009 a été observé réduisant durablement la transpiration de l'année suivante. Une approche par modélisation mécaniste a alors été adoptée en intégrant de nouveaux formalismes sur la dynamique racinaire permettant de prendre en compte cet arrière-effet. Elle a été évaluée sur les différents paramètres impliqués dans le cycle de l'eau et du carbone des arbres et le modèle a été validé sur les dynamiques de transpiration et d'accroissement en largeur de cernes des troncs. Des indices basés sur la mesure de température de surface ont été utilisés pour évaluer la possibilité de détecter le stress hydrique en forêt. Il existe une variabilité résiduelle liée aux facteurs climatiques et à la dimension réduite de la surface de mesure dans la relation entre transpiration et température de surface à l'échelle de l'arbre. A l'échelle du versant, la température de surface a permis d'identifier la répartition spatiale de la durée et de l'intensité du stress hydrique en accord avec la typologie de sol réalisées. La télédétection dans l'infrarouge thermique pourrait ainsi être un outil intéressant pour la gestion forestière.

Les analyses de risque microbiologique, dont l'ÉQRM (évaluation quantitative du risque microbien) proposent de nouvelles techniques pour évaluer les conséquences sanitaires liées à la contamination microbiologique de l'eau potable. Ces modèles intègrent les données physico-chimiques et microbiologiques des usines de traitement d'eau pour quantifier un risque à la santé. Le projet visait à évaluer le lien entre le risque estimé selon un modèle ÉQRM et l’incidence de giardiase observée. Les banques de données des maladies à déclaration obligatoire et d’INFO-SANTÉ ont été utilisées pour comparer le résultat de l’analyse de risque à celui des analyses épidémiologiques. Les municipalités considérées les plus à risque par l'ÉQRM ont une incidence de gastroentérite et de parasitoses plus élevée. Cependant, l'ampleur du risque prédit ne correspond pas à celui observé. Il est souhaitable que les modèles d’ÉQRM incorporent des données populationnelles pour prédire avec une plus grande exactitude le risque épidémiologique.