Nous avons modélisé les propriétés structurales et électroniques d'hétérostructures de nanofils de nitrures GaN/AlN à l'aide de méthodes de simulation atomistiques. Nous avons tout d'abord construit un champ de forces " à la Keating "' pour les matériaux wurtzite afin de calculer les positions atomiques et la distribution des contraintes dans ces hétérostructures. Grâce à ce modèle, nous avons pu suggérer la présence ou confirmer l'absence de dislocations dans différentes hétérostructures de nanofils GaN/AlN caractérisées expérimentalement par microscopie électronique et diffraction de rayons X. Nous avons ensuite étudié les propriétés électroniques et optiques de ces nanostructures avec la méthode des liaisons fortes. Nous nous sommes particulièrement intéressés à l'effet des champs électriques internes sur les nanofils GaN/AlN. Les expériences de spectroscopie optique ont en effet mis en évidence un important décalage vers le rouge (effet Stark confiné) des raies de luminescence de ces fils, consécutif à la séparation des électrons et des trous par les champs pyro- et piezoélectriques. Ce décalage est toutefois inférieur à celui mesuré sur des puits et des boîtes de dimensions équivalentes. Pour l'expliquer, nous avons montré qu'il était essentiel de tenir compte de l'écrantage du champ électrique par les charges déplacées par celui-ci, et en particulier depuis les états de surface des nanofils. Nous avons notamment proposé un modèle analytique simple pour comprendre les tendances et aider la conception des hétérostructures de nanofils de nitrures.

Les méthodes géophysiques non intrusives sont requises pour caractériser la zone vadose, les réservoirs d’hydrocarbures, ou les sites de stockages de CO₂. Nous analysons l’impact d’une injection de CO₂ gazeux sur la conductivité électrique et les propriétés électrocinétiques des roches carbonatées partiellement ou totalement saturées grâce aux méthodes de polarisations provoquée et spontanée. Les données sont analysées au regard au regard de mesures effectuées sur une roche chimiquement neutre, vis-à-vis du CO₂, c’est-à-dire , un grès de Fontainebleau. Nous comparons également nos résultats aux données de la littérature. Le coefficient de couplage électrocinétique est un paramètre clé, dont nous allons étudier la dépendance vis-à-vis de la saturation, sujet hautement débattu de nos jours. En utilisant la méthode de polarisation spontanée, nous étudions les relations entre le coefficient de couplage électrocinétique, la pression capillaire ainsi que la perméabilité relative au sein des roches carbonatées. Un système expérimental a été élaboré pour mesurer simultanément la perméabilité relative, l’indice de resistivité et le coefficient de couplage électrocinétique en écoulement diphasique de type eau-gaz, en fonction de la saturation en azote ou en dioxyde de carbone. Les résultats sont comparés à des modèles théoriques basés sur les approches de Brooks et Corey et van Genuchten, dont les exposants nous permettent d’ajuster les données avec les modèles de pression capillaire avec succès. Les échantillons sont saturés avec des saumures de différentes compositions, dont les ions sont mono- ou divalents et pour lesquelles la force ionique est comprise entre 10⁻⁴ et 10⁰ Mol L⁻¹. La valeur absolue du coefficient de couplage électrocinétique augmente lorsque la force ionique de la solution diminue, ce qui a déjà été observé dans les roches gréseuses. Le potentiel zêta a été calculé en utilisant une version modifiée de l’équation d’Helmholtz-Smoluchowski, qui prend en compte les effets liés à la conductivité de surface. Comme pour le coefficient de couplage, la valeur absolue du potentiel zêta chute lorsque la force ionique augmente. Nous nous intéressons également aux effets liés à une injection de CO₂ et à la dissolution de la calcite sur la valeur de ce potentiel zêta. Enfin, nous utilisons la méthode de polarisation provoquée pour déterminer l’influence de conductivité de l’eau porale sur la conductivité électrique complexe, la chargeabilité normalisée ainsi que le temps de relaxation en milieu carbonaté non saturé. Nous montrons que ces paramètres peuvent être considérés comme des paramètres de polarisation de la double couche électrique lorsque la conductivité de l’eau porale est comprise entre 10⁻³ et 10⁰ S m⁻¹. / Minimally intrusive geophysical methods are required to characterize both the vadose zone of the Earth, hydrocarbon reservoirs and CO₂ sequestration. We investigate the impact of gaseous CO₂ on both electrical conductivity and electrokinetic properties of limestones under saturated and unsaturated conditions, using the spectral induced polarization and the self-potential methods. These data are contrasted with measurements performed on a Fontainebleau sandstone and data from the literature. That said, the dependence of a key parameter, the streaming coupling coefficient, with the saturation remains highly debated. Using the self-potential method, we explore the relationship between the streaming potential coupling coefficient, the capillary pressure curves and the permeability in carbonate rocks characterized by distinct textures. A new core flooding system is used to measure simultaneously both the relative permeability, the resistivity index and the streaming potential coupling coefficient in steady-state two-phase flow conditions as a function of the saturation with CO₂ or N₂. The results are compared with a recently developed theoretical model, which can accommodate either the Brooks and Corey or the van Genuchten models for the capillary pressure curves. Saturation was achieved with monovalent and divalent brines with ionic strength ranging from 1x10⁻³ Mol L⁻¹ to 1x10⁰ Mol L⁻¹. The magnitude of the coupling coefficient increases with decreasing ionic strength similarly to the trend observed for sandstones. The zeta potential has been calculated at full saturation using a modified version of the Helmholtz-Smoluchowski equation that accounts for surface electrical conductivity. Under atmospheric conditions, the magnitude of the zeta potential is decreasing with the increase of the ionic strength. We also investigate the effects of a CO₂ release and the calcite dissolution on the magnitude of the zeta potential. Finally, we use the spectral induced polarization method to determine the pore water conductivity effects on the complex electrical conductivity, the normalized chargeability and the main relaxation time during drainage in a clay free limestone. We also show evidences that these parameters could be considered as polarization parameters of the electrical double layer in the pore water conductivity range 10⁻³ - 10⁰ S m⁻¹.

La compréhension et la prévision de la dynamique d'évolution des mouvements de terrain peuvent être améliorées par un apport de données quantitatives sur leur géométrie tridimensionnelle, leur état de déstructuration et les circulations préférentielles de fluide. L'objet de ce travail de thèse, à la fois méthodologique et expérimental, est de mener une étude critique des apports et limites des différentes techniques géophysiques (tomographie électrique, méthodes sismiques, traitement du bruit de fond sismique et mesure de la polarisation spontanée) pour la caractérisation des mouvements de terrain. <br /><br />Nous avons mené des campagnes géophysiques sur cinq sites tests. Ces sites ont été choisis en milieu rocheux et de grande ampleur (Séchilienne, Isère, et La Clapière, Alpes Maritimes) ou de taille modérée (Ravin de l'Aiguille, Isère) et en contexte argileux (Super Sauze, Alpes de Hautes Provence, et Léaz, Ain). Nous montrons que, selon le degré de remaniement, l'étude des paramètres géophysiques tels que $\rho$ (tomographie électrique), $V_P$ (sismique réfraction et tomographie) et $V_S$ (sismique réfraction et analyse des ondes de surface) peut permettre de caractériser la géométrie du mouvement. Nous préconisons pour l'analyse des ondes de surface de contraindre la paramétrisation par $V_P$ si elle est connue en surface et par la fréquence du pic H/V. En outre, pour une géométrie régulière et des faibles gradients latéraux de $V_S$, nous montrons que la méthode H/V peut aider à obtenir rapidement des informations quantitatives sur la variation spatiale de la géométrie du substratum. <br /><br />%Nous préconisons pour l'étude de la géométrie des mouvements rocheux, le déploiement de méthodes tomographiques (électrique et sismique) et l'analyse des ondes de surface enregistrées lors de prospection sismique et par des réseaux de bruit de fond, en tenant compte des informations sur $V_P$ en surface et de la fréquence de résonance du pic H/V. La caractérisation des écoulements au sein des mouvements est améliorée lorsque l'on associe l'interprétation des mesures de résistivité et de polarisation spontanée. <br /><br />%Selon le degré de remaniement des argiles en mouvement, l'étude des paramètres géophy\-siques tels que $\rho$ (tomographie électrique), $V_P$ (sismique réfraction et tomographie) et $V_S$ (sismique réfraction et analyse des ondes de surface) peut permettre de caractériser la géométrie du mouvement. Pour une géométrie régulière et des faibles gradients latéraux de $V_S$, l'utilisation de la méthode H/V peut aider à obtenir rapidement des informations quantitatives sur la variation spatiale de la géométrie du substratum. <br /><br />Enfin, nous avons déployé un réseau d'électrodes impolarisables pour le suivi temporel de la polarisation spontanée sur le mouvement de grande ampleur de Séchilienne. Ce réseau a permis de mettre en évidence les trajets préférentiels de circulation de fluide au sein du massif et de rendre compte de leur complexité.

Résumé : Au Québec, les ouvrages hydrauliques représentent une source indéniable pour la production d’énergie et la gestion hydraulique, et par conséquent un moteur nécessaire pour le développement socioéconomique. De ce fait, une conception adéquate et des inspections continues sont nécessaires pour assurer la stabilité et la sécurité de ces ouvrages. Ainsi, les anomalies dans les barrages doivent être localisées dans le plus court délai. L’érosion interne est la cause principale de la rupture des ouvrages en remblai. En conséquence, l’infiltration de l’eau dans les barrages, qui engendre le phénomène d’érosion interhe, doit être détectée. Quelques méthodes non destructives ont été développées pour ausculter ces ouvrages et déterminer le niveau piézométrique dans les ouvrages en remblai. Dans le cadre de ce projet, la méthode de la polarisation spontanée a été adoptée. Cette méthode consiste à mesurer de façon passive un champ électrique généré à la surface des particules du sol par électrofiltration. Le phénomène d’électrofiltration est défini par la circulation hydrique dans la matrice poreuse d ’un matériau qui engendre un champ électrique mesurable à la surface du sol. Des essais au laboratoire de l’Université de Sherbrooke ont été réalisés pour déterminer l’effet de la circulation de l’eau sur les propriétés électriques de différents matériaux. Un dispositif d’essai a été développé et utilisé pour les essais et le modèle théorique est celui de Helmholtz-Smoluchowski. Durant les essais, l’influence de la charge hydraulique, de la température et de la granulométrie sur les propriétés électriques des matériaux ont été vérifiées. Les expériences ont pour objectif primaire de déterminer le rapport entre le coefficient de couplage et le potentiel zêta en utilisant la méthode de la polarisation spontanée. Les résultats expérimentaux obtenus ont été comparés avec des valeurs tirées de la littérature pour tester le modèle et le protocole utilisés. Étant donné que les données expérimentales correspondent avec les valeurs acceptées dans la communauté scientifique, le modèle expérimental adopté peut être considéré fiable. Ce projet est un préalable pour une recherche future qui permettra de développer un algorithme d’inversion pour déterminer et localiser les anomalies dans les ouvrages en remblai. Les études expérimentales ont démontrées que la charge hydraulique a eu un effet considérable sur les propriétés électriques des différents matériaux. Le coefficient de couplage et le potentiel zêta varie proportionnellement avec la charge hydraulique. De plus, les propriétés électriques ont subi une variation en fonction de la température du fluide. Enfin, le coefficient de couplage et le potentiel zêta des différents matériaux ont subi des variations proportionnelles à l’uniformité de chacun des matériaux. Pour un matériau plus uniforme, le coefficient de couplage est plus faible et le potentiel zêta est plus élevé. // Abstract : In Quebec, hydraulic represents an undeniable source for energy production and therefore needed an engine for economie development. Therefore, proper design and ongoing inspections are necessary to ensure the stability and safety of these structures. Thus, abnormaiities in embankment dams should be located in the shortest time. The internai erosion is the main cause of the failure of embankment dams. Consequently, the infiltration of water in dams, which generates the internai erosion, should be detected. Several non-destructive methods have been developed to auscultate these structures and determine the groundwater level in the embankment works. In this project, the self-potential (SP) method was adopted. This method consists in measuring a passive electric field at the surface of the soil. The phenomenon is defined by the electrofiltration circulation water into the porous matrix of a material which generates a measurable electric current to the ground surface. Laboratory tests at the Université de Sherbrooke were performed to determine the effect of water flow on the electrical properties for different materials. Plexiglas pipe was used for testing and the theoretical model is the Helmholtz-Smoluchowski. During the tests, the influence of hydraulic loading and temperature on the electrical properties of the materials has been checked. The experiments aim at determining the primary relationship between the coupling coefficient and zeta potential using the self-potential (SP) method. The experimental results were compared with values from the literature to confirm the model and protocol used. Thus since that the experimental data are consequent with those theoretical, experimental model adopted can be considered as reliable. This project is a prerequisite for future research that will develop an inversion algorithm to identify and locate anomalies in the embankment dams. Experimental studies have demonstrated that the hydraulic load had a significant effect on the electrical properties of different materials. The coupling coefficient and the zeta potential vary proportionally to the hydraulic load. In addition, the electrical properties underwent change depending on the fluid temperature. Finally, the coupling coefficient and zeta potential of different materials have fluctuated proportionally to the uniformity of each material. For a more uniform material, the coupling coefficient is lower and the zeta potential is higher.

Le volcan actif Mont Nemrut, situé à l'ouest du lac Van, est l'un des volcans les plus importants d'Anatolie orientale. Il possède une caldeira sommitale de 8.5 x 7 km de diamètres. L'activité volcanique du Nemrut a commencé il y a ~ 1Ma et s'est poursuivie jusque dans les périodes historiques. Les éruptions les plus récentes ont été signalées en 1441, 1597 et 1692 A.D. Parmi les volcans anatoliens orientaux, le Nemrut est le volcan le plus dangereux, compte tenu de sa proximité avec des sites urbanisés environnants ; il menace directement 135 000 habitants. Les manifestations actuelles de l'activité volcanique sont représentées par une activité hydrothermale et fumerollienne au sein de la caldeira. L'évolution structurale du volcan se subdivise en deux stades principaux ( pré-caldeira et post-caldeira) séparés par l'effondrement catastrophique de la caldeira. Les produits de l'activité anté-caldeira sont majoritairement représentés par des écoulements et des dômes de lave felsiques. Les séries ignimbritiques du Nemrut et de Kantasi, manifestations majeures de l'activité de la caldeira, sont constituées d'unités pliniennes et d'écoulements ignimbritiques. L'activité post-caldeira est représentée par une activité phréatomagmatique explosive et une activité effusive basaltique-rhyolitique bimodale, concentrées au sein de la caldeira et au niveau de la zone de rift récent du Nemrut, sur le flanc nord. L'analyse des données multisources (études de polarisation spontanée, modèles numériques de terrain et bathymétrie ainsi que de leurs produits dérivés, images Landsat et ASTER) a permis de caractériser la structure de la caldeira du Nemrut et les circulations hydrothermales associées. La synthèse de ces approches pluri-thématiques et des interprétations correspondantes permet de proposer que la caldeira est constituée de 3 blocs principaux, conséquence des processus de fragmentation générés lors des phases d'effondrement. Les frontières délimitant ces blocs et la frontière structurale principale de la caldeira contrôlent les principales activités hydrothermales intra-caldeira. Le régime tectonique régional de compression-extension existant au Pliocène est structuralement enraciné et est responsable du déclenchement du volcanisme du Mont Nemrut. Le jeu de systèmes décrochants surimposés aux structures pré-existantes a provoqué l'apparition d'une zone de faiblesse localisée au sein de laquelle le système volcanique du Nemrut s'est préférentiellement mis en place. La surveillance de l'activité du volcan a été initiée par l'installation d'un ensemble de 3 sismomètres, ce qui constitue le 1er réseau de surveillance sismo-volcanique sur un volcan en Turquie. Les données temps réel sont acquises, traitées et archivées depuis octobre 2003. L'interprétation des signaux volcaniques acquis dans le cadre de cette surveillance sismologique, couplée aux résultats de l'étude du système hydrothermal, confortent clairement l'existence d'une chambre magmatique active localisée aux environs de 4-5 km de profondeur. La surveillance à long terme de ce volcan potentiellement actif est essentielle pour la prévention des risques associés et fournira de plus une base de données essentielle pour une meilleure connaissance et compréhension du mode de fonctionnement de ce volcan.

L'influence d'un système hydrothermal au sein d'un édifice volcanique est un concept encore peu étudiée au regard de son importance pour la stabilité d'un volcan. Ce travail s'intéresse à la relation entre système hydrothermal et tectonique à travers l'étude des déformations engendrées dans un cône volcanique par le fluage de roches affectées par l'altération hydrothermale. La présence de ces argiles, ductiles à l'échelle de temps considérée, modifie profondément le comportement d'un édifice volcanique au cours de son évolution, pouvant conduire à la formation de grandes structures d'effondrement de type caldera. La confrontation de modèles analogiques avec la géologie et les données géophysiques nous permet de contraindre dans ce sens l'interprétation des structures d'effondrement observées par exemple sur Nuku Hiva (Polynésie française) et sur le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion). La modélisation analogique montre également que la formation du plancher plat d'une caldera peut être le résultat d'un processus syneffondrement, ne nécessitant pas de resurfaçage postérieur par érosion ou mise en place de nouveaux produits éruptifs. Les expériences nous permettent d'identifier la pente du cône et la diminution des contraintes latérales sur l'édifice comme les paramètres prépondérants à l'origine de la déformation. Les variations de ces paramètres sont déterminantes pour la morphologie de la caldera.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la structure et du fonctionnement des systèmes hydrothermaux volcaniques. Nous nous sommes attachés à l'étude géophysique multi-méthodes de deux systèmes hydrothermaux : Waimangu, en Nouvelle-Zélande, et la Solfatara, en Italie. Le premier en raison de sa dynamique, et parce qu'il apparait comme une zone laboratoire purement hydrothermale, sans influence magmatique; le second pour l'observation et la caractérisation géophysique d'un panache hydrothermal accessible à la surface. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la reconnaissance de la structure de Waimangu à grande échelle, et à la caractérisation des principales composantes du système (lacs de cratères, zones fumeroliennes et geysers). Cette étude a permis d'associer les méthodes de potentiel spontané et de résistivité électrique avec des mesures ponctuelles de température et de flux de CO2. Nous avons ensuite ciblé notre étude sur des laboratoires à petite-échelle présents sur Waimangu : Iodine vent, Inferno Crater Lake et le site du Old Geyser. Ces systèmes différent les uns des autres par leur taille, mais aussi par leurs caractéristiques physico-chimiques, qui jouent un rôle determinant dans la sensibilité des méthodes géo-électriques. Sur le site de Iodine Pool, l'application de techniques récentes d'imagerie acoustique sous-marine a permis la localisation précise des sources de bruit hydrothermal. Le suivi par polarisation spontanée d'un évent intermittent a montré une cyclicité dans les signaux, qui peut être expliquée par une variation de hauteur piézométrique. L'application conjointe de l'imagerie acoustique et de l'imagerie électrique sur le site du Old Geyser a mis en évidence la complémentarité des deux techniques dans la localisation d'une structure hydrothermale qui correspond à la fois à une source acoustique et électrique. Dans un troisième temps, nous avons étudié la signature géo-électrique des mouvements de fluides qui accompagnent l'activité cyclique du Lac Inferno. Le suivi temporel de résistivité électrique montre que les variations du lac et les mouvements de fluide observés sont caractérisés par des variations importantes de résistivité dans le sous-sol qui pourraient correspondre à des changements de phase du fluide en profondeur, en accord avec des modélisations analogiques. La campagne réalisée à la Solfatare a permis d'imager le panache hydrothermal par les méthodes électriques (tomographie de résistivité en trois dimensions), acoustiques et thermiques. Nous présentons les résultats obtenus avec la tomographie de résistivité électrique et les mesures de température, qui ont permis de déterminer avec précision les limites spatiales du panache hydrothermal.

Dans ce mémoire sont présentés des résultats expérimentaux des phénomènes d'électrofiltration pour des conditions physico-chimiques représentatives de systèmes naturels, ainsi qu'une comparaison des mesures de laboratoire avec des mesures de polarisation spontanée (PS) effectuées sur le terrain. Les résultats expérimentaux montrent que : a) la circulation d'un fluide en condictions diphasiques n'augmente pas le coefficient d'électrofiltration [Guichet et al., J.G.R., 2003] comme cela a été longtemps suspecté, b) la présence de minéraux néoformés (calcite et hydroxydes d'aluminium) peut masquer les propriétés électriques de la roche sur laquelle ils précipitent. Ainsi une inversion du signe du coefficient de couplage électrocinétique est observée avec les deux minéralogies secondaires étudiées [Guichet and Zuddas, G.R.L., 2003], rendant inexacte l'interprétation qualitative habituelle des mesures PS. <br />Des mesures de coefficients de couplage PS mesurés sur le terrain, et des analyses géochimiques de fluides ont été regroupées, et comparées à l'ensemble des données de laboratoire. L'ordre de grandeur des mesures de terrain coïncide avec l'ordre de grandeur de mesures de laboratoire, lorsque les mesures PS sont faites à proximité de sources. Sinon plusieurs hypothèses, reflétant souvent des modèles géologiques très différents, peuvent être avancées pour imputer l'origine du signal PS à des circulations de fluides ayant été échantillonnées régionalement. Finalement un suivi géochimique des fluides est indispensable pour interpréter correctement les données d'électrofiltration.<br />Enfin nous avons suivi l'électrofiltration lors de précipitation de calcite, dans la gamme de pH 4 à 12 et montré que l'électrofiltration change de signe sous certaines conditions, et interprété ces mesures par une modélisation de la triple-couche électrique [Guichet et al., G. J. I., 2006].

La caractérisation des circulations thermo-convectives dans les milieux naturels est particulièrement étudiée pour ses applications industrielles, notamment en géothermie. Cette caractérisation correspond à deux enjeux liés à (i) la détection des remontées hydrothermales et (ii) la quantification de l'énergie évacuée par le système actif. La méthodologie proposée par cette thèse comporte ainsi deux volets. Le premier volet vise la localisation des systèmes actifs par caractérisation géophysique de sub-surface. Les techniques de prospection mises en œuvre sont la tomographie de résistivité électrique (TRE), la mesure in situ de température et la mesure de polarisation spontanée (PS). L'objet étudié dans cette thèse est la remontée hydrothermale située au niveau de la limite supérieure de l'effondrement de Rina Grande, au sommet du volcan Stromboli. L'approche géophysique de sub-surface comprend une cartographie spatiale (à l’échelle métrique) en TRE, PS et température et un suivi temporel des signaux PS et thermique. La cartographie spatiale nous renseigne sur l'extension spatiale du système hydrothermal (TRE) et le caractère actif des circulations (PS et température). Le modèle de résistivité électrique a été amélioré en tenant compte de la topographie, issue d'un Modèle Numérique de Terrain généré par photogrammétrie. Le traitement des données de surveillance montre qu'une relation linéaire lie le signal thermique et le signal PS, une relation qui ne peut être purement thermo-électrique. Le jeu de données temporel met l'accent sur la dynamique du système convectif et notamment la probable dépendance de la vigueur du système convectif avec les variations saisonnières de température atmosphérique. Le second volet vise à quantifier l'énergie évacuée par des systèmes thermo-convectifs à l'aide d'une approche numérique. L'approche géophysique met en évidence le fait que les zones endommagées telles que des limites structurales favorisent la circulation des fluides hydrothermaux. Ceci s'explique par le fait que fractures, failles ouvertes, zones d'altération etc. changent à petite échelle la perméabilité du milieu. L'approche numérique est donc vouée à la simulation 3D de l'écoulement et du transfert de chaleur dans des milieux poreux fracturés. Le travail s'est basé sur un code d'écoulement en milieux poreux fracturé pré-existant. Ce code a été adapté afin de résoudre le problème thermique. L'étude théorique vise à quantifier l'influence des paramètres du réseau de fractures sur l'énergie dissipée. L'influence de la densité de fractures, de la transmissivité de fractures et l'anisotropie du réseau de fractures sont évaluées. L'étude compare également les flux de chaleur dégagés par des modèles où les fractures sont insérées de manière discrète avec des modèles homogènes et de même propriétés macroscopiques (approche effective). Les résultats montrent que la validité de l'approche effective est fortement dépendante des paramètres du réseau de fracture. / The characterization of thermo-convective circulations in natural environments is particularly studied especially for geothermal applications. This characterization corresponds to two issues related to (i) the detection of the hydrothermal flows(ii) the quantification of the energy discharged by the active system. The methodology proposed by this thesis thus comprises two parts. The first component aims at locating active systems with geophysical methods. The prospecting techniques used are electrical resistivity tomography (ERT), in situ temperature measurement and self potential (SP) measurements. The object studied in this thesis is the hydrothermal system located at the upper limit of the Rina Grande sector collapse, at the top of the Stromboli volcano. The sub-surface geophysical approach includes spatial (metric) mapping in ERT, SP and temperature, and monitoring of SP and thermal signals. Spatial mapping informs us about the spatial extension of the hydrothermal system (ERT) and the active character of the circulations (SP and temperature). The model of electrical resistivity has been improved taking into account the topography, resulting from a Digital Elevation Model generated by photogrammetry. The treatment of the monitoring data shows that a linear relationship links the thermal and the PS signals, a relationship that can not be entirely due to thermoelectric effect. The temporal dataset focuses on the dynamics of the convective system and in particular the probable dependence of the vigor of the convective system on seasonal variations in atmospheric temperature.The second part aims at quantifying the energy released by thermo-convective systemsusing a numerical approach. The geophysical approach highlights the fact that damaged areas such as structural boundaries favor the circulation of hydrothermal fluids. This is due to the fact that fractures, open faults, alteration zones, etc. change the permeability of the medium on a small scale. The numerical approach is therefore dedicated to the 3D simulation of the flow and heat transfer in fractured porous media. The work is based on a pre-existing code in fracturing porous media, able to solve the flow problem. This code has been adapted to solve the thermal problem also. The theoretical study aims to quantify the influence of fracture network parameters on the released energy. The influence of fracture density, fracture transmissivity and fracture network anisotropy are evaluated. The study also compares the heat fluxes generated by models where the fractures are discretely inserted with homogeneous models with the same macroscopic properties (effective approach). The results show that the validity of the effective approach is highly dependent on the parameters of the fracture network.

Parmi l’ensemble des matériaux constitutifs d’une couverture d’installation de stockage de déchets, l’argile et le GéoSynthétique Bentonitique (GSB), couramment utilisés, peuvent présenter des défauts qu’il est nécessaire de caractériser afin de prévoir les éventuels travaux de remise en état partielle ou totale du site. L’objectif de cette thèse est de déterminer la capacité des méthodes géophysiques de Tomographie de Résistivité Electrique (TRE), de Polarisation Spontanée (PS) et d’Automatic Resistivity Profiling (ARP) à caractériser les couvertures. Pour cela, un site expérimental constitué de deux couvertures, au sein desquelles des défauts ont été volontairement créés, a été mis en place. Le suivi temporel effectué sur la couverture sans GSB a montré que les conditions météorologiques du mois précédant les mesures ont une incidence sur la détection des défauts. De plus, les variations de comportement hydrique et électrique détectées en TRE au sein du matériau de couverture ont notamment pu être attribuées à l’existence d’hétérogénéités de composition. La présence de GSB rend plus difficile la détection des défauts quelle que soit la méthode utilisée. Cependant, il semble que le temps passant l’évolution du GSB permette une détection plus aisée. Enfin, les prospections effectuées sur une installation de stockage de déchets dangereux ont mis en évidence la nécessité de coupler plusieurs méthodes géophysiques. L’hétérogénéité des matériaux de couverture et de l’état du GSB, mise en évidence par la TRE, a été confirmée par des observations in situ sur des sondages à la tarière manuelle. / Among the whole landfill cover materials, clay and Geosynthetic Clay Liner (GCL), commonly used, may contain defects which are necessary to characterize in order to plan possible repair work, partial or total. The aim of this thesis is to define the ability of the following geophysical methods, the Electrical Resistivity Tomography (ERT), the Self Potential (SP) and the Automatic Resistivity Profiling (ARP) to characterize covers. To do this, an experimental site composed of two covers in which defects have been intentionally made has been built. These covers are composed of a clayey material upon which a GCL has been placed for one of these covers. The monitoring performed on the cover without the GCL has outlined that the climatic conditions of the month preceding measurements have an impact on the defects’ detection. Moreover, hydric and electrical behavior variations detected by ERT in the clayey material have in particular be linked with the presence of composition heterogeneities. The presence of the GCL makes more difficult the detection of defects whatever the method used. However, it seems that, over time, the evolution of the GCL enables an easier detection. Finally, surveys carried out on an industrial waste landfill have shown the necessity of coupling geophysical methods. The heterogeneity of the cover materials and the GCL has been checked by manual auger holes.