Cette thèse est avant tout consacrée à létude des circulations karstiques dans les calcaires carbonifères du Sud de la Belgique. Son objectif est double : dune part, approfondir la connaissance de laquifère à partir de létude dune région limitée située dans le Condroz à lextrémité Est du synclinorium de Dinant (bassins dAnthisnes et du Néblon), dautre part mettre au point des méthodes de mise en uvre et dinterprétation des traçages permettant de caractériser le comportement de laquifère lié à sa « double perméabilité ». Dans ce but, plusieurs aquifères fissurés ou karstiques sont comparés. Lintroduction générale présente une synthèse des conceptions actuellement utilisées en hydrogéologie karstique et définit le calcaire carbonifère en tant quaquifère (intérêt économique, particularités du fonctionnement) dans le contexte plus général des aquifères carbonatés du sud de la Belgique. La première partie est consacrée à létude de la structure (approche structurelle) et du fonctionnement (approche systémique) de deux systèmes karstiques drainant la même nappe dans les calcaires du Tournaisien et du Viséen : le bassin dAnthisnes, dont lexutoire est la résurgence de Comblain-au-Pont, et le bassin du Néblon drainé par les sources du Néblon. Les structures de ces deux systèmes sont comparées à laide de diverses méthodes géophysiques (électriques, électromagnétiques, diagraphiques) et à partir des observations en surface (fissuration, linéaments). Les différences de comportement sont liées au développement de la karstification. Elles apparaissent de manière très nette en considérant les réponses naturelles (hydrodynamique, hydrogéochimie) et provoquées (traçages). Dans la seconde partie, une série de tests en écoulement naturel et en écoulement radial convergent permettent détudier les propriétés de transport des traceurs au sein de différents aquifères fissurés et karstiques et de dégager des tendances liées à la structure du milieu. Trois types daquifère sont envisagés : les calcaires dévoniens et carbonifères (aquifère principalement à porosité dinterstice). Un examen critique des lois découlement et de transport utilisées, ainsi que des différents types de traçage et types de traceur, est effectué au préalable. Plusieurs solutions analytiques sont envisagées pour déterminer les paramètres hydrodispersifs des aquifères. Les dispersivités longitudinales des calcaires sont comprises entre 10 et 100m ; celles des craies entre 2 et 14m et celles des tuffeaux entre 2 et 5m. ABSTRACT. The actual scope of this research is to study the karstic groundwaters in the carboniferous limestones south of Belgium. The study deals with two different approaches, one in a local framework, the other thematic. On the one hand, two karstic systems are described in the synclinorium of Dinant in the Condroz region (Anthisnes and Neblon basins). On the other hand, a methodology of tracer tests, and their interpretation as well, are developed in order to understand groundwater flows related to the dual permeability of the aquifer. As a comparison, the tracer study is enlarged to other karstic and fissured aquifers. The introduction deals with some general features about karst hydrogeology. The carboniferous limestones and their economic interest are presented in the regional framework of all the carbonated rocks in south Belgium. The two karstic systems described in the first part belong to the same water table in the Tournaisian and Visean beds. Their structure is studied by mean of geophysical prospecting (electric, electromagnetic, well logging) and fissuration measurements. The mechanisms of groundwater circulations are then studied by using undirect investigations such as hydrodynamical, hydrogeochemical or tracing investigations. These methods are applied to the main springs of each system: the spring of Comblain-au-Pont (Anthisnes basin) and the springs of the Neblon (Neblon basin). The behaviour of each system is related to its stage of karstification. The second part deals with tracer tests in natural and radially convergent flow pattern. The aim is to distinguish among the features of the tracer curves those due particularly to the structure of the fissured network of the aquifer. Three different kinds of aquifer are studied: the Devonian and carboniferous limestones (both fissured and karstic), the cretaceous chalks (mainly fissured), and the landenian tuffaceous sands (mainly porous). After describing the theory of groundwater flow and transport in fissured media, we justify the use of different tracers and tracing methods. Afterwards different mathematical models are used to calibrate the dispersion parameters. The longitudinal dispersivities are ranging between 10 and 100m in the limestones, between 2 and 14m in the chalk and between 2 and 5m in the landenian sands.

Ce travail de thèse de doctorat, effectué au sein du Département de Chimie Appliquée (au Laboratoire de Génie Chimique, LGC), vise à réaliser létude de lécoulement dun fluide dans des géométries complexes rencontrées en Génie Chimique (les empilages aléatoires et structurés, souvent utilisés dans des colonnes dadsorption et de distillation) par la méthode de Boltzmann sur réseau (Lattice Boltzmann Method, LBM) et à développer un outil numérique de simulation sous la forme dun code de calcul tridimensionnel. Dans le but daméliorer les performances de ces éléments complexes, qui conduisent à une efficacité et une sélectivité accrue des procédés se produisant dans les colonnes de distillation et dadsorption, il est donc intéressant dexaminer avec plus de précision la description des phénomènes de transport se produisant à léchelle locale dans ces milieux. Dans un premier temps, les concepts et les équations macroscopiques qui dérivent de lécoulement dun fluide ont été succinctement passés en revue, ainsi que le modèle de turbulence qui a été utilisé. Nous présentons ensuite, les éléments théoriques de la méthode de Boltzmann sur réseau, après quelques détails sur le modèle Gaz sur réseau, dont elle est dérivée. La méthode de Boltzmann sur réseau se démarque des schémas traditionnels en résolvant numériquement une équation basée sur la physique statistique. Les codes des modèles SRTLBE (équation de Boltzmann sur réseau à un seul temps de relaxation) et MRTLBE (équation de Boltzmann sur réseau à plusieurs temps de relaxation) à trois dimensions, de même que des conditions aux limites convenables ont été écrits dans un langage de programmation, puis validées sur des cas types de la littérature : un écoulement laminaire dans un conduit de section carrée et un écoulement de jet turbulent rectangulaire à 3D. Les codes implémentés dans une grille de calcul ont permis de simuler des écoulements de fluides dans des structures très complexes qui ont été obtenues par une technique expérimentale avancée : la microtomographie à rayons X. Létude dune mousse métallique, dun filtre à charbons actifs et dun filtre de capture daérosols ont été présentés. Les résultats numériques ont été comparés avec succès aux mesures expérimentales et à des corrélations de la littérature. Une autre étude a concerné létude de lécoulement à travers deux feuilles de Mellapak 250 Y. Les champs et contours de vitesse ainsi obtenus ont été soigneusement analysés et commentés à la fois en régime laminaire et en régime turbulent. Les résultats hydrodynamiques ont été comparés avec des mesures expérimentales ainsi quavec des valeurs calculées par des corrélations disponibles dans la littérature. Les modèles existant ont été analysés. Enfin, ces simulations (LBM) ont été comparées à celles effectuées dans les mêmes conditions opératoires, avec le code de calcul classique FLUENT.