Au cours de cette thèse expérimentale et numérique nous avons étudié le comportement d’un empilement de grains dans deux situations différentes. Dans une première partie, une piste en sable est soumise au passage répété de véhicules, sous certaines conditions un motif régulier de rides apparaît spontanément : c’est l’instabilité de tôle ondulée. Ce phénomène, très répandu sur les routes en terre ou en gravier, est bien sûr très gênant pour les automobilistes mais est aussi très dangereux à cause des pertes d’adhérence qu’il provoque. Nous avons alors reproduit ce phénomène à l’échelle du laboratoire et également dans des simulations numériques de dynamique moléculaire de sphères molles. Grâce à ces outils expérimentaux et numériques nous avons pu mettre en évidence certaines propriétés de l’instabilité. Nous avons notamment mesuré la relation de dispersion des rides et mis en évidence que ce phénomène suit une instabilité de type fourche super-critique. En mesurant les contraintes agissant sur le véhicule nous avons alors pu construire une analyse de stabilité linéaire prédisant quantitativement le seuil de l’instabilité ainsi que la longueur d’onde du motif. Enfin, nous avons étudié des cas plus complexes où différents véhicules circulaient simultanément sur la piste. Nous avons également considéré des cas où la piste était humide et donc cohésive. Dans une seconde partie, nous avons étudié le comportement d’un silo rempli de grains soumis à des variations de température. On observe alors un lent fluage de la colonne que nous avons caractérisé. Deux régimes de fluage sont observés selon l’amplitude des cycles de température et nous avons obtenu une expression de la température critique séparant les deux régimes en fonction des paramètres microscopiques des grains (élasticité et rugosité de surface). Nous avons également étudié le mouvement individuel de chaque grain afin d’interpréter la dynamique macroscopique de l’empilement. / In this experimental and numerical thesis we have studied the behavior of a granular assembly in two different situations. In the first part, a sand track is subjected to repeated passages of vehicles, under certain conditions a regular pattern of ripples appears spontaneously: this is known as the washboard road instability. This phenomenon, very common on dirt roads, is of course annoying for drivers but is also very dangerous because of the lack of adhesion it causes. We reproduced this instability with a laboratory scale set-up and also thanks to soft spheres molecular dynamics simulations. With these experimental and numerical tools we have highlighted some properties of instability. In particular, we have measured the dispersion relation of the pattern and shown that this phenomenon follows pitchfork instability. By measuring the stress acting on the vehicle we were then able to build a linear stability analysis that predicts quantitatively the threshold of the instability and the wavelength of the pattern. Finally, we have studied more complex cases where several vehicles were simultaneously on the track. We have also considered the case where the track was wet and therefore cohesive. In a second part, we have studied the behavior of a silo filled with grains subjected to temperature variations. A slow creep motion of the grains in the column is observed. Two flow regimes are observed according to the amplitude of temperature cycles. We obtained an expression of the critical temperature between the two regimes as a function of the microscopic parameters of the grains (elasticity and surface roughness). We have also studied the motion of each individual grain in order to interpret the macroscopic dynamics of the pile.

Quand un fluide mouillant visqueux (comme une huile) pénètre un milieu hétérogène tel qu’une fracture, l’interface (entre l’air déplacé et l’huile) développe des corrélations à longue portée menant à une dynamique spatio-temporelle complexe. Dans cette Thèse, nous avons étudié expérimentalement et théoriquement ce processus de transport d’un fluide, appelé imbibition, dans un modèle de fracture ouverte, pertinent dans diverses situations. Notre travail a combiné une étude expérimentale détaillée, avec une analyse précise des données, basées sur des méthodes de physique statistique et non-linéaire. D’abord, la position moyenne de l'interface h(t) est étudiée lors d’expériences de montée capillaire donnant lieu à une nouvelle solution analytique pour h(t). Nous avons ensuite étudié les propriétés d’invariance d’échelle de l’interface et en particulier leur évolution pour des processus d’imbibition forcées, caractérisée par un scénario dit «super-rugueux». Enfin, nous avons étudié et quantifié la dynamique intermittente par avalanches des fronts d’imbibition à partir de l’analyse multi-échelle (spatiales et temporelles) de leurs vitesses. L'ensemble des résultats présentés dans cette Thèse propose une image très générale de la dynamique hors équilibre des fronts d’imbibition se propageant lentement dans des fractures ouvertes. La propagation latérale des fluctuations interfaciales est contrôlée par conservation de la masse locale. L'avancement de l'interface dans la direction de propagation est contrôlé par l’échelle caractéristique du désordre et la vitesse moyenne du front. / The heterogeneous structure of fractured media can lead to complex spatiotemporal fluid invasion dynamics. It thus brings forward challenging fundamental questions in the context of out-of-equilibrium dynamical systems, but also relevant to many processes of interest. The goal of the Thesis is to study the spatio-temporal dynamics of the oil-air interface between displaced air and invading oil, in imbibition through a model open fracture. The research combines exhaustive experimental work with accurate data analysis based on methods of nonlinear statistical physics. The mean postion of the interface h(t) is studied in capillary rise experiments, giving rise to a new analytical solution for h(t). The fluctuations of the interface in forced-flow experiments are analysed in the context of kinetic roughening, characterizing a super-rough scaling scenario. Finally, the burst-like dynamics is studied by analysing the local and global velocities of the front, which are widely distributed and display complex spatio-temporal correlations. We define local and global avalanches whose sizes and durations are also widely distributed, with cutoffs that diverge with the capillary number. Intermittentcy of the global signal is quantified. The ensemble of results presented in this Thesis supports a very general picture of the nonequilibrium dynamics of slowly-driven fronts in open fractures: the lateral propagation of interfacial fluctuations is controlled by local mass conservation, through the lateral correlation length; and the advancement of the interface in the direction of propagation is controlled by the characteristic extent of the disorder d and by the mean front velocity.

Les Méthodes par Eléments Discrets apparaissent comme les méthodes les plus appropriées pour modéliser le caractère divisé. De nombreux travaux ont permis de mieux comprendre leurs comportements, mais dans certain cas se pose la question de l'impact du choix de la description volumique ou des lois d'interaction sur le comportement global du milieu. Dans ce contexte, en se basant sur l'approche "Non Smooth Contact Dynamic" permettant naturellement de mixer les différentes formulations, nous nous proposons de comprendre et d'analyser l'influence de cette description. Pour cela, nous utilisons deux applications différentes liées aux comportement quasi-statique (QS) des milieux granulaires et comportement dynamique des interfaces tribologiques. Au niveau de l'étude QS est faite en utilisant des essais de compression biaxiale et de cisaillement. Contrairement aux approches classiques, des particules déformables sont utilisées ici. Les résultats obtenus sont comparés en utilisant des outils de mesure tels que la relation contrainte-déformation, la compacité... Les résultats montrent qu'il n'est pas possible à partir d'une description rigide de converger vers des modèles déformables et souligne l'importance d'effectuer une analyse complète en tenant compte de la déformation des particules. Au niveau de la modélisation d'une interface tribologique s'intéresse à l'influence des conditions limites, des descriptions des premiers corps et du troisième corps sur la rhéologie de l'interface. Dans chaque simulation, frottement macroscopique, profils de vitesse et de contrainte sont observés. Les différents modèles utilisés ont peu d'influence sur la valeur du frottement mais plus d'influence sur les profils de vitesse au travers de l'épaisseur de troisième corps. Ceci souligne l'importante du choix du modèle lors de l'étude de la rhéologie de l'interface et montre qu'il est difficile d'obtenir des résultats génériques et ceci aussi bien en modèles bi que tridimensionnel. / The Discrete Element Methods are the most appropriate methods to model the divided feature of some media such as granular ones, masonries or contact interfaces... Many studies have provided a better understanding of their behavior, but in some cases the impact of both volume description (rigid or deformable) and interaction laws (elastic or plastic) is not negligible on the global behavior. The approach used here is based on the "Non Smooth Contact Dynamic" framework which mixes naturally the rigid and deformable formulations. One propose to analyze the influence of this description. For this purpose, two different applications are used, related to the quasi-static behavior of granular media and to the modelization of the tribological interface under dynamic solicitations.The study of quasi-static behavior of granular media is developed though biaxial compression test and shear test. Contrary to classical approaches, deformable particles are used. The results are compared using tools such as the stress-strain macroscopic relation, the compacity... They show that it is not possible to converge to deformable particle with a rigid description and underline the importance to performance full analyze with deformable description.The modeling of a tribological interface under dynamic solicitation focuses on the influence of boundary conditions, models of the first bodies and the third body on the rheology of the interface. In each simulation, the macroscopic friction, the velocity profile and stress profile are observed. The different models used have not a large influence on the friction value but a large influence on the velocity profiles. This underline the importance of the choice of the model when investigation are performed on the rheology of the third body.

Le coefficient d'électrofiltration est simulé par méthode Lattice Boltzmann dans un chenal 2-D sur une grande gamme de salinité. L'influence de la permittivité et de la viscosité est discutée. La validité de l'équation d'Helmholtz Smoluchowski à de forts potentiels zeta est évaluée. Un modèle de conductivité intrinsèque est développé en prenant en compte les variations locales de conductivité, qui ont un impact significatif en la présence d'espèces polyvalentes. Étendu aux conditions non saturées, l'algorithme montre que la densité de charge électrique associée à l'interface eau-air est une composante clé. Le coefficient présente une attitude non monotone, avec une augmentation par rapport à l'état saturé. L'amplitude de cette augmentation dépend de l'état dynamique des bulles, mobiles ou piégées. L'aspect transport multiphasique est complété par une étude numérique de l'impact de la forme des échantillons sur la mesure des lois reliant saturation et pression capillaire en hydrologie. / The electrokinetic coefficient is simulated in a large range of salinities using the Lattice Boltzmann method in a 2-D channel. The effect of permittivity and viscosity is discussed. The validity of the Helmholtz Smoluchowski equation using strong zeta potentials is assessed. A model of bulk fluid conductivity is derived, taking into account the local variations of conductivity which have a significant impact in the presence of polyvalent counterions. Extended to unsaturated conditions, the model shows that the electrical charge density associated to the air-water interface is a key component. The coefficient shows a non monotonous behaviour, with an enhancement compared to the saturated state. The magnitude of this enhancement depends on the dynamic state of the bubbles, moving or entrapped. The multiphase transport aspect is associated to a numerical study of the influence of the sample geometry on the measurement of the capillary pressure / saturation relationships used in hydrology.

La liquéfaction des sols s'observe lors de forts séismes dans des zones saturées en eau et peut causer un enfoncemenl des bâtiments dans le sol. On propose ici un nouveau modèle qui explique de nombreux cas de liquéfaction incompris jusque là. Un modèle analytique de milieu granulaire a été conçu avec une sphère modélisant un bâtiment. Le milieu est soumis à une oscillation horizontale et on caractérise l'état liquéfié par l'amplitude d'enfoncement de la sphère. On suppose que la liquéfaction a lieu lorsque la secousse permet aux grains du milieu de glisser les uns sur les autres. La fenêtre d'accélération permettant ce glissement dépend de la hauteur d'eau dans le milieu, du coefficient de frottement et de la densité du matériau. Les expériences et les simulations numériques réalisées confirment nos prédictions précédentes, caractérisent la micromécanique des milieux liquéfiés, expliquent la vitesse de pénétration de la sphère et ouvrent des pistes pour l'étude des sables mouvants. / Sail liquefaction happens during important earthquakes in water-saturated zones and can make the buildings sink in the soil. A new model explaining many occurences of liquefaction we cannot understand yet is presented in this paper. A new analytical model of granular medium, with a sphere representing a building, has been developed. A horizontal oscillation is applied on the medium. The penetration rate of the sphere then caracterizes the liquefaction state of the modeled soil. We suppose that liquefaction happens when the shaking makes the grains slide against one another. The interval of acceleration allowing this sliding depends on the water height in the medium, on the friction coefficient and on the material density. Experiments and numerical simulations have been carried out. They confirmed our previous predictions, they caracterize the micromecanics of liquefied media, they explain the penetration speed of the sphere and they suggest perspectives to study quicksands.

Cette thèse est une étude expérimentale de la transformation lente et rapide d’un milieu poreux sous l’action de l’écoulement d’un fluide. Le processus rapide est une déformation mécanique avec formation de canaux en raison de la forte pression du fluide, alors que le processus lent correspond à l’évolution chimique des fractures. L’étude de la déformation rapide est effectuée grâce à l’injection d’air à pression constante dans un milieu granulaire sec ou saturé. Par des techniques d’imagerie nous avons pu caractériser l’invasion par des motifs de Saffman-Taylor ; la déformation du milieu ; ainsi que les régimes d’écoulement et la dynamique de croissance des canaux. La pression interstitielle est évaluée numériquement et utilisée pour caractériser la rhéologie. L’étude de la transformation lente repose sur des expériences où de l’eau distillée est injecté à débit constant à travers un échantillon de calcaire fracturé. En comparant l’ouverture des fractures mesurées avant et après l’écoulement, nous avons caractérisé l’évolution des fractures pour différentes durées d’écoulement réactif. / This thesis is an experimental study of flow and transformation of porous media, where we study both fast and slow transformation of the media due to fluid flow. The fast process is mechanical deformation and channel formation due to high fluid pressure, and the slow process is chemical evolution of fractures. In the study of fast deformation, we perform experiments where air is injected at a constant overpressure into a saturated or dry granular medium. From recorded images, we characterize Saffman-Taylor like invasion patterns, surrounding deformation of the medium, flow regimes, and channel growth dynamics. Pore pressure is evaluated numerically, and used to characterize the rheology. In the study of slow transformation, we perform experiments where distilled water is injected at a constant flow rate through a fractured chalk sample. By comparing fracture apertures measured before and after experiments, we study the evolution of fractures for different durations of reactive flow.

Les archées halophiles sont des procaryotes vivant dans des conditions d’extrême salinité. Ces micro-organismes colonisent les environnements hypersalins et synthétisent des peptides antimicrobiens appelés halocines, qui pourraient leur conférer un avantage sélectif sur leurs compétiteurs. Parmi les peptides antimicrobiens d’archées halophiles décrits, on distingue l’halocine C8, initialement purifiée à partir de la souche halophile Natrinema sp. AS7092. Ce travail de thèse a permis de montrer que la production d’halocine C8 était conservée chez plusieurs archées halophiles appartenant aux genres : Natrinema, Haloterrigena, Haloferax et Halobacterium. Une activité antimicrobienne associée des particules supérieures à 100 kDa non infectieuses suggère que l’halocine C8 pourrait être localisée dans des vésicules membranaires. Ce travail présente des résultats qui déboucheront sur une meilleure compréhension des compétitions microbiennes dans les environnements hypersalins et du rôle écologique des halocines. / Halophilic archaea are prokaryotes living in extremely high salinity conditions. Those microorganisms thrive in hypersaline environments and produce antimicrobial peptides named halocins, which may confer them a selective advantage over competitors. Among the known antimicrobial peptides produced by halophilic archaea, halocin C8 had been initially purified from the halophilic strain Natrinema sp. AS7092. This work demonstrates that halocin C8 production is conserved among several halophilic archaea belonging to genera Natrinema, Haloterrigena, Haloferax and Halobacterium. An antimicrobial activity has been associated with non-infectious particles larger than 100 kDa, suggesting that halocin C8 could be localized in membrane vesicles. Results obtained from this work will lead to a better understanding of microbial competitions arising in hypersaline environments and the ecological role of halocins

Afin de mieux comprendre les spécificités de l'écoulement des fluides en seuil en géométries confinées, nous avons opté pour une approche multi-échelle expérimentale et/ou numérique dans des milieux poreux complexes et modèles. Nous montrons qu'il est possible d'utiliser la RMN pour visualiser des écoulements de fluides à seuil en géométrie complexe. Dans un milieu poreux, il est également possible de mesurer la distribution statistique des vitesses, ceci sans problème de résolution spatiale, grâce à la méthodologie de réglage d'une expérience d'injection sous IRM que nous avons mise en place. A l'aide de ces techniques, nous montrons que l'écoulement d'un fluide à seuil dans un pore modèle (une expansion-contraction axisymétrique) se localise dans la partie centrale du pore, dans le prolongement du tube d'entrée, tandis que les régions extérieures restent dans le régime solide. Des simulations numériques confirment ces résultats et montrent que la localisation de l'écoulement provient du confinement engendré par la géométrie. A l'inverse, nous montrons que pour un fluide à seuil s'écoulant dans un milieu poreux réel (en trois dimensions), il n'existe pas de zones au repos. De plus, la distribution de vitesse est identique à celle d'un fluide newtonien. Une analyse de ces résultats nous permet de prédire la forme de la loi de Darcy pour les fluides à seuil et de comprendre l'origine physique des paramètres déterminés par des expériences d'injection « macroscopiques » / To better understand the specifics of the flow of yield stress fluids in confined geometries, we opted for a multi-scale experimental and / or numerical approach in complex and model porous media. We show the usefulness of NMR for the study of yield stress fluid's flows in complex geometry. In a porous medium, we can also measure the true probability density function of fluid velocities without spatial resolution problem thanks to a complete optimisation of the design process of a NMR-PGSE experiment. Using these measurement technics, we find that the flow of a yield stress fluid in a model pore (an axisymetric expansion-contraction) is localised in the central part of the pore, i.e. in the continuity of the entry duct, and the external region stay at rest in the solid regime. Numerical simulations confirm those results and point out that the flow localisation is due to the confinement caused by the geometry. On the contrary, no region at rest exists for a yield stress fluid flowing through a real porous media (in 3D). Furthermore, the velocity distribution is the same as a newtonian fluid. The analysis of the results makes it possible to deduce the form of the Darcy's law for yield stress fluids and provides an insight in the physical origin of the coefficients found by “macroscopical” injection experiments

L'objectif de la thèse est d'analyser le comportement mécanique de matériaux granulaires composites bidimensionels en terme de textures granulaires en utilisant deux approches : étude expérimentale par "thermoelastic stress analysis" et étude numérique par dynamique moléculaire. Les systèmes granulaires composites sont préparés à l'aide de cylindres en polyoxyméthylène (POM) et polyéthylène haute densité (PEHD), présentant un rapport de rigidité de 4 entre eux. Différents rapports de diamètres et de nombres de particules sont considérés. Les résultats expérimentaux et numériques sont en bon accord à l'échelle macroscopique. En particulier, le réseau fort (qui est ici caractérisé par des contraintes hydrostatiques supérieures à la valeur moyenne) contient moins de 50% des particules, et présente une distribution décroissance exponentielle quel que soit le type de particules considéré pour l'analyse (particules souples, particules rigides, toutes les particules). De plus, la distribution des contacts entre particules rigides (contacts POM-POM) est anisotrope et tend à s'organiser dans le sens de la direction du chargement extérieur appliqué, tandis que les autres types de contact agissent principalement pour maintenir le système en équilibre. / The main objective of our dissertation is to analyze the mechanical behavior of two-dimensional composite granular materials through the granular textures. Thermoelatic stress analysis experiments and molecular dynamics simulations are used for this purpose. The composite granular systems are prepared from polyoxymethylene (POM) and high-density polyethylene (HDPE) cylinders with a stiffness ratio of about 4 between them. Different configurations in terms of ratios of diameter size and ratio of particle numbers are systematically investigated. Experimental and numerical results are good correlated at the macroscopic scale. In particular the strong network, which is here characterized by hydrostatic stresses higher than the mean value, consists of less than 50% of all particles, and exhibits an exponential decay whatever the type of particles considered for the analysis (soft, stiff, or both types). In addition, the contact distributions between stiff particles (POM-POM contacts) is anisotropic with an effort to arrange parallel to the direction of the external applied load, whereas the other types of contacts just act to sustain the granular system in equilibrium.

Cette recherche aborde la problématique du changement curriculaire dans l’enseignement de l’espagnol au Chili. Cette transformation du curriculum en 1996 a provoqué une modification dans la dénomination de la discipline scolaire, une nouvelle organisation des contenus, ainsi qu’une nouvelle approche didactique pour l’enseignement. Nous postulons que ces modifications ont occasionné une instabilité dans la manière de percevoir l’enseignement de l’espagnol aujourd’hui. Ainsi, le point de départ de cette recherche est de connaître et d’expliquer comment les différentes transformations curriculaires ont agi chez les enseignants, aussi bien dans la représentation qu’ils se sont construite de la discipline que dans la manière de traiter les contenus. Notre motivation principale était de connaître le point de vue des enseignants d’espagnol du primaire. De ce fait, nous avons interviewé douze enseignants des différents établissements scolaires à Santiago du Chili ; ces établissements avaient comme point commun le fait d’avoir une population scolaire majoritairement défavorisée. Notre intérêt pour la dernière classe du niveau primaire, s’explique par le fait que celle-ci dispense un niveau scolaire qui donne accès à l’enseignement secondaire. Ainsi, dans cette classe, les élèves sont censés avoir acquis un certains nombre de capacités et des compétences nécessaires pour le niveau secondaire. Une de nos hypothèses de départ postule que les élèves des enseignants interviewés n’ont pas acquis les compétences et les capacités de base signalées exigées par le curriculum dans ce niveau scolaire. Nous avons postulé ceci, car les nouveaux contenus et la nouvelle approche didactique de la discipline scolaire, impliquent un enseignement plus sophistiqué, basé notamment sur le développement des compétences que les enseignants ne comprennent pas dans toute sa dimension. / This research addresses the issue of curriculum change in the teaching of Spanish in Chile. This modification in the curriculum in 1996 caused a change of the school discipline’s name, a new organization of content as well as a new didactic approach to teaching. We postulate that these changes have caused instability in the manner of perceiving the teaching of Spanish today. Thus, the starting point of this research is to know and to explain the impact of the different curricular alterations among teachers, both in their own representation of the discipline and in the way they handle the content.Our main motivation was to know the views of primary school Spanish teachers. Therefore, we interviewed twelve teachers from different schools in Santiago, Chile. All of these institutions had in common a predominantly disadvantaged school population.Our interest in the last grade of primary school, is explained by the fact that it provides a level of education that gives access to secondary education. Thus, in this class, students are expected to have acquired a number of abilities and skills to get to the secondary level. One of our initial hypotheses postulates that the students of the interviewed teachers have not acquired the capabilities and basic skills that the curriculum of this grade reports as required. We postulated this as the new contents and new didactic approach to school discipline involve a more sophisticated teaching, a teaching based particularly on the development of skills that teachers do not fully understand.