L'objet de cette thèse est l'étude des possibles mécanismes élastiques expliquant l'amplification du bruit ambiant au droit de certains réservoirs multi-phasiques. Trois jeux de données sont traités. La signature spectrale observée d'un réservoir de vapeur géothermique est différente de celle d'un stockage de gaz. Dans une approche empirique, un algorithme de classification permet d'extraire et de cartographier les anomalies que l'on présume liées au réservoir. Un travail de modélisation est effectué pour tenter d'expliquer les anomalies mesurées. Dans les données réelles, une forte présence de modes supérieurs d'ondes de Rayleigh est détectée. On modélise numériquement en 2D la propagation de ces modes à travers un réservoir placé au sein d'une structure géologique réaliste. La réponse simulée du réservoir se révèle trop faible par rapport aux observations de terrain. Néanmoins, on parvient à inverser les faibles perturbations d'amplitude synthétiques pour la position du réservoir, dans des modèles de référence simples. Cette méthode pourrait être utilisable pour l'imagerie à partir de faibles variations d'amplitudes dans le cadre du monitoring. Pour ce qui est de fortes anomalies observées sur le terrain , il est à noter que les effets visco-élastiques, les effets 3D, et les effets liés à un éventuel champ incident diffus n'ont pas été pris en compte dans la modélisation. Ainsi ce travail n'exclut pas la possibilité de telles anomalies liées à la présence d'un réservoir. / This PhD work investigates the possible elastic mechanisms behind the ambient noise amplification above multi-phase fluid reservoirs. Three datasets are analysed above different reservoirs. The observed spectral signature is different in the gas storage and geothermal contexts. A non-supervised algorithm for amplitude spectrum classification is developed, allowing to extract and map the relevant attributes of a multi-phase fluid presence. As a first modelling step, a wavefield characterisation methodology is applied to determine the composition of the ambient noise. It reveals the presence of strong Rayleigh overtones. Numerical 2D elastic modelling is used to simulate the propagation of overtones across a reservoir within a realistic geological structure. The modelled reservoir response is too small compared to the real data. However, the small amplitude perturbations arising in the numerical simulations are successfully inverted for the position of the reservoir, in simple background models. The developed method could in theory be used for imaging small time-lapse amplitude variations (monitoring), despite the obstacles remaining to be overcome before a real-data application. Neither visco-elastic nor 3D effects are adressed. Thus this work does not exclude the possibility of strong reservoir-specific spectral anomalies.

Les systèmes méandriformes constituent la plupart des rivières terrestres ou sous-marines qui modèlent les paysages par leur évolution temporelle et spatiale. Les témoins de leur évolution peuplent les plaines traversées par celles-ci. Parmi eux, des barres d’accrétion latérale témoignant de la migration des boucles du chenal peuvent être identifiées, tout comme des méandres abandonnés par simplification naturelle de la trajectoire du chenal ou encore des chenaux entiers abandonnés lors d’un changement de direction principale du chenal par avulsion. La diversité et le volume des dépôts résultant font des systèmes chenalisés, une fois enfouis, de bons candidats pour le stockage de ressources naturelles. L’étude de la disposition des différents faciès est donc cruciale pour leur exploitation. Les techniques d’imagerie satellitaire ou LIDAR permettent l’étude des systèmes actuels. L’architecture en subsurface peut être imagée globalement par image sismique ou GPR, ou localement par des puits d’investigation. Ces techniques permettent d’avoir une bonne évaluation du dernier état du système chenalisé. Les états précédents, quant à eux, peuvent être observés par morceaux lorsqu’ils ont été épargnés par l’érosion. En effet, le remaniement de la ceinture de méandres par migration latérale des chenaux rend souvent difficile l’analyse des états antérieurs que ce soit en termes de géométrie ou de chronologie des dépôts. Cette thèse propose une méthode de simulation des systèmes chenalisés qui respecte au mieux les différentes informations disponibles. Parmi celles-ci, souvent, l’image sismique permet d’identifier le dernier état du système et des boucles de méandres abandonnés en contrastant avec la ceinture de méandres par des dépôts souvent plus argileux et datant de la période succédant l’abandon. Des barres d’accrétion latérale peuvent aussi être observées, témoignant des directions de migration des méandres. Parfois, des données de puits sont aussi accessibles et informent sur la nature des faciès rencontrés (e.g., sableux, argileux). La méthode présentée dans ce manuscrit part du dernier état du système observé sur l’image sismique. Une simulation en temps inversé de la migration du chenal, inspirée par l’analyse des cartes chronologiques du Mississippi, est appliquée et permet, pas de temps par pas de temps, de retrouver de potentiels états antérieurs. Selon une simulation de la chronologie estimée par des critères spatiaux et statistiques (e.g., distance et orientation au chenal courant, probabilité d’abandon), les méandres abandonnés sont intégrés à l’étape de temps voulue dans le chenal principal. Les boucles de méandres disparues par érosion sont compensées par la simulation d’autres méandres dans la ceinture de méandres. Cette simulation respecte les critères géométriques observés sur les méandres épargnés par l’érosion mais également d’autres critères statistiques tels que la probabilité d’érosion observée sur des analogues sédimentaires tels que le Mississippi. Cette approche ouvre la possibilité d’honorer les faciès observés sur les puits par la simulation de méandres abandonnés en ces points. Elle a été appliquée sur divers jeux de données bidimensionnels satellite ou sismique / Meandering systems constitute the majority of aerial and sub-marine rivers which shape the landscapes by their temporal and spatial evolution. The witnesses of this evolution can be observed on the plains crossed by these channels. Among them, lateral point bar resulting from the channel migration but also abandoned meanders created by the natural stream rectifying and abandoned channels originating from the main direction change by avulsion. Once buried, the channelized systems are good candidates for natural resources storage thanks to the diversity and the volume of the resulting deposits. The understanding of the internal architecture of facies is thus crucial for resource exploitation. Satellite and LIDAR images permit current system studies. Subsurface architecture can be imaged by seismic images, GPR or LIDAR. These techniques give a good evaluation of the system last channel path. However, anterior stages, when spared by the erosion can be observed locally. Indeed, the reworking of the channel belt by lateral and downstream migration makes it difficult to observe the geometric or chronologic features of anterior deposits. This thesis proposes a simulation method of channelized systems conditioning to available information. Among them, the seismic image often permits to identify the last system stage and the abandoned meanders thanks to their muddy filling after the abandonment time contrasting with the channel belt. Lateral point bars can also be observed, witnessing of meander paleo-migration direction. Sometimes, well data inform on the facies (e.g., muddy, sandy). The method presented here starts from the last channel path observed on the seismic image and go back in time by reverse migration to reconstruct anterior channel paths. This stochastic migration model is inspired by the analysis of historic Mississippi maps. According to a chronology simulation based on spatial and statistical criteria (e.g., distance and orientation to the current channel, abandonment probability distribution), abandoned meanders are integrated at the relevant time step inside the main channel path. Erosion of abandoned meanders is addressed by abandoned meander simulation inside the meander belt. This stochastic simulation conditions to geometrical criteria observed on the abandoned meanders spared by the erosion but also to statistical criteria observed on sedimentary analogs such as the Mississippi river (e.g., erosion probability distribution). One of the main perspectives is to condition to well data through the simulation of abandoned meanders. This technique has been applied on two satellite and seismic 2D case studies

Dans la perspective d’appréhender au mieux les conséquences des changements climatiques à l’échelle globale, l’étude des systèmes lacustres apparaît comme un moyen privilégié pour comprendre les interactions passées entre facteurs naturels (climat et tectonique) et anthropiques sur le long terme. Se concentrant sur une zone géographique peu étudiée, l’Auvergne et les bassins versants Loire et Adour-Garonne, ce travail précise les relations existantes entre dynamiques sédimentaires et forçages naturels (tectonique et climat) et anthropiques durant l’Holocène par une approche multi-sites incluant des lacs naturels et des réservoirs. A travers une analyse multi-paramètres du continuum bassin versant - lac, les résultats portant sur les lacs naturels d’Auvergne mettent en évidence : (1) une sédimentation évènementielle témoin de plusieurs aléas naturels (séismes, coulée de boue et éruptions limniques) et (2) une sédimentation de fond reliée aux fluctuations climatiques holocènes et aux activités anthropiques durant la fin de l’Holocène. La reconstitution de l’érosion des sols sur les 700 dernières années souligne une grande disparité entre les sites étudiés, principalement reliée de facteurs de station et de l’impact anthropique à l’échelle locale. L’étude limnogéologique des réservoirs illustre des natures et des processus sédimentaires assimilables aux milieux naturels, mais souligne une grande diversité de géométries de remplissages qui sont dépendantes des typologies d’ouvrages et de l’usage anthropique des réservoirs. / In order to assess the consequences of global warming, lacustrine systems are well-indicated to infer past natural (climate and tectonic) and anthropogenic interactions over long time scales. Targeting a poorly documented area, the Auvergne region and the Loire and Adour-Garonne watersheds, this work clarifies relationships between sedimentary dynamics and natural and anthropogenic forcings during the Holocene with a regional multi-sites comparison including natural lakes and reservoirs. Through multi-proxies analyses performed within the lake - catchment continuum, results highlight: (1) sedimentary events related to various forms of natural hazards (earthquakes, debris flow and limnic eruptions) and (2) a background sedimentation related to Holocene climatic fluctuations and human activities during the Late Holocene. For the last 700 years, the reconstruction of soil erosion rates underlines a large disparity between studied sites, mainly connected to site effects and the intensity of human impact at local scale. The limnogeologic study of reservoirs shows similar sedimentary processes than in natural lakes, but highlights a wide range of sedimentary architectures related to the impoundment geometry and the reservoir management.

Les effets de la foudre sur les lignes d'assemblage des avions peuvent s'avérer catastrophiques. L'un des phénomènes redoutés est l'étincelage au niveau d'une fixation bien souvent associé à un défaut sur les résistances de contact. Au vu des contraintes normatives, du manque de connaissance de cette problématique multi-physiques et de l'incapacité structurelle à avoir une approche uniquement expérimentale, les avionneurs se sont notamment tournés vers la modélisation. Dans ce manuscrit, on s'intéresse particulièrement à la modélisation des lignes d'assemblage pour le dimensionnement de la contrainte locale sur celles-ci. La méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD), couramment utilisée pour la problématique foudre en aéronautique, nous sert de méthode de résolution. De multiples modèles de fixations allant de modèles simplifiés, représentant par exemple la fixation par un fil résistif, à des modèles plus complexes, représentant l'ensemble des résistances de contact, sont développés et validés. Par ailleurs, pour répondre aux incertitudes associées aux résistances de contact des fixations, des modèles statistiques sont appliqués aux paramètres résistifs des modèles de fixation. Ces mêmes modèles statistiques découlent de l'étude d'une base de données issue d’une campagne de mesures menée par Dassault Aviation sur un ensemble d’éprouvettes tests. A l'aide de ces modèles, la contrainte sur les fixations d'un caisson représentant un réservoir de carburant d'un avion est étudiée de manière stochastique. / The lightning effects on the fastening assemblies of an airplane may be critical. One of the most critical phenomenon is the sparking effect around the fasteners. This effect is usually associated to the contact resistances. Due to the standards, the lack of knowledge about this multiphysics issue and the inability to follow only an experimental approach, the aircraft manufacturers have chosen a modelling way. In this manuscript, we model the fastening assemblies in order to understand the local constraint on these assemblies. The finite difference time domain (FDTD) method mostly used for the lightning issue in the aircraft industry is chosen as the solving method. Several fastener models are developed and validated. We present simplified models, as the resistive wire model for instance, up to complex one with all the contact resistance of the fastener. Furthermore, due to the large uncertainties from one fastener to the other one in the same family, the fastener models are supplemented with statistical models. Thanks to a data base measurement created from several measurement campaigns made by Dassault Aviation, distribution laws are established to characterize the lightning injection effects or the state after lightning injection on the fasteners. Using this statistical models, a stochastic study is presented in order to evaluate the uncertainties in a fuel tank modelling.

A l'heure actuelle le stockage de l'hydrogène sous forme gazeuse, comprimée à haute pression, apparaît comme la solution le plus mature présentant le meilleur compromis en termes de masse, de pression de service mais aussi de volume des réservoirs. Cependant pour un développement plus large et sécurisé, l'amélioration des performances et la réduction des coûts des réservoirs restent des enjeux prioritaires. C'est dans ce contexte que nous avons étudié le stockage de l'hydrogène dans des réservoirs de type IV, en composites fibres de carbone/époxy. Ce travail a eu pour objectif d'accroitre la fiabilité du dimensionnement. Dans un premier temps, une étude expérimentale de caractérisation des matériaux constitutifs du réservoir a été réalisée. Pour améliorer la fiabilité des calculs, un modèle probabiliste a été proposé pour décrire le comportement de la partie composite du réservoir, principalement la rupture des fibres. Des calculs multiéchelles ont été mis en place basés sur les propriétés mécaniques et physiques des fibres. Les autres modes de dégradations, décollement entre plis, liaison embase-liner ont aussi été pris en compte dans les calculs de comportement du réservoir jusqu'à son éclatement. Enfin des recommandations de dimensionnement du réservoir ont été proposées afin d'améliorer les performances tout en minimisant la masse de composite dans un objectif de réduction des coûts. / Presently, the compressed hydrogen storage under high pressure appears to be the most sophisticated solution regarding to a compromise of mass, service pressure and also volume of pressure vessels. However, the challenges of pressure vessels nowadays are their performance improvement as well as their cost reduction. In this context, we studied the type IV hydrogen storage pressure vessel in carbon fibre/epoxy composites. This work aims to obtain a reliable pressure vessel design. Firstly, an experimental study of associated materials and pressure vessel characterisation has been carried out. Then, we proposed a probabilistic model for a composite which is dedicated in particular to fibre breakage using multi-scale simulations in accordance with its mechanical and physical properties. Once this model joined with damage criteria dedicated separately to the others damage mechanisms are integrated into the pressure vessel simulations. Finally, recommendations on composite pressure vessels have been proposed in order to improve their performances and to decrease the mass of composite directly corresponding to the reduction of composite pressure vessels cost.

Notre stratégie de stockage d’électrons repose sur la formation et la rupture de liaisons chimiques fonctionnant comme des réservoirs d’électrons. Le processus de formation réversible de liaisons est rendu possible grâce à la pré-organisation de groupements électroactifs – des pyridiniums – autour de plateformes aromatiques rigides et semi-rigides. Le relargage des électrons stockés au sein des réservoirs d’électrons par rupture de liaison suggère de manipuler des liaisons de nature affaiblie, c’est-à-dire allongées et contraintes stériquement, comme celles résultantes d’interactions hors-du-plan des groupements électrophoriques. Les contraintes stériques permettent ainsi la formation et la rupture de ces liaisons dans une gamme d’énergie raisonnable. Les pyridiniums sont des unités électrophoriques de choix dû à la versatilité de leurs propriétés de réduction. Les assemblages obtenus sont des systèmes bistables qui montrent des propriétés électrochimiques hystérétiques remarquables. En général, ce comportement repose sur la proche proximité des groupements électrophoriques qui permettent la formation d’une (ou plusieurs) orbitale(s) supramoléculaire(s) vacante(s) et liante(s) (SupLUMOs). Lors de la réduction, cette orbitale accueille deux électrons créant ainsi la liaison d’intérêt. Une famille de composés modèles a ainsi été conçue et synthétisée impliquant la formation réversible de liaisons homonucléaires (Csp3‒Csp3). Ces liaisons sont de nature localisée dans des systèmes à deux pyridiniums (bi-électroniques) et délocalisée dans des systèmes de plus de deux pyridiniums. / Our strategy to store electrons is based on chemical bond formation/cleavage being used as electron reservoirs. Reversible bond formation results from the preorganization of electrophoric moieties – pyridiniums – around aromatic rigid and semi-rigid scaffold. Using lower energy bonds is required to release stored electrons from the reservoirs. Such bonds can be obtained from sterically hindered out-of-plan bond formation between two electrophorical subunits. The resulting elongated bond can be cleaved in an available level of energy. Pyridiniums are prime candidates to achieve such properties based on their noteworthy redox behavior. The resulting molecular devices are bistable systems that display remarkable hysteretic electrochemical properties, based on close proximity of electrophoric subunits allowing one (or more) unoccupied supramolecular bonding orbital(s) (SupLUMOs). Upon reduction, two electrons are injected in this orbital resulting in the bond of interest. An entire family of compounds has been designed and synthesized to highlight reversible homonuclear bond formation (Csp3‒Csp3). Those bonds are localized in the case of a two-pyridiniums system, and delocalized when more pyridiniums are involved.

Dans cette thèse, nous étudions le comportement de circuits Josephson sous l'action de champs microondes forts. Les circuits Josephson dans le régime quantique sont une brique pour émuler une variété d'hamiltoniens, utiles pour traiter l'information quantique. Nous étudions ici le transmon, constitué d'une jonction Josephson et d'un condensateur en parallèle. À travers des simulations numériques et en comparant aux résultats expérimentaux, nous montrons que ces champs conduisent à une instabilité qui envoie le circuit sur des états qui ne sont plus confinés par le potentiel Josephson en cosinus. Quand le transmon occupe de tels états, le circuit se comporte comme si la jonction avait été remplacée par un interrupteur ouvert et toute non-linéarité est perdue, ce qui se traduit par des limitations sur les amplitudes maximales des hamiltoniens émulés. Dans une deuxième partie, nous proposons et étudions un circuit alternatif basé sur un transmon avec une inductance en parallèle, qui fournit un confinement harmonique. La dynamique de ce circuit est stable et bien capturée par un modèle moyennisé qui fournit alors un outil pratique pour l'analyse analytique ou les simulations rapides. Nous avons développé un nouvel outil de simulations modulaire et basé sur la théorie de FloquetMarkov pour permettre de simuler facilement d'autres circuits Josephson en évitant les limitations des analyses perturbatives. Enfin, nous étudions les propriétés d'une version asymétrique du Josephson Ring Modulator, un circuit actuellement utilisé pour l'amplification et la conversion, comme source de non-linéarité pour émuler les hamiltoniens d'interaction à deux et quatre photons requis pour l'encodage de l'information quantique sur des états de chats de Schrödinger. / In this thesis, we investigate the behavior of Josephson circuits under the action of strong microwave drives. Josephson circuits in the quantum regime are a building block to emulate a variety of Hamiltonians, useful to process quantum information. We are here considering a transmon device, made of a Josephson junction and a capacitor in parallel. Through numerical simulations and comparison with experimental results, we show that these drives lead to an instability which results in the escape of the circuit state into states which are no longer confined by the Josephson cosine potential. When the transmon occupies such states, the circuit behaves as if the junction had been removed and all non-linearities are lost, which translates into limitations on the emulated Hamiltonian strengths. In a second part, we propose and study an alternative circuit consisting of a transmon device with an extra inductive shunt, providing a harmonic confinement. This circuit is found to be stable for all pump powers. The dynamics of this circuit is also well captured by a time-averaged model, providing a useful tool for analytical investigation and fast numerical simulations. We developed a novel numerical approach that avoids the built-in limitations of perturbative analysis to investigate the dynamical behavior of both of these circuits. This approach, based on the Floquet-Markov theory, resulted in a modular simulation framework which can be used to study other Josephson-based circuits. Last, we study the properties of an asymmetric version of the Josephson Ring Modulator, a circuit currently used for amplification and conversion, as a more robust source of non-linearity to engineer two-photon and four-photon interaction Hamiltonians required for the catstate encoding of quantum information.

Cette thèse est consacrée à l'évaluation des échanges entre le réservoir tropical et les moyennes latitudes au travers de la barrière dynamique stratosphérique subtropicale de l'hémisphère sud. La stratégie consiste à reconstituer le transport sur des surfaces isentropes avec le modèle d'advection de contours à haute résolution MIMOSA. Ce modèle a été alimenté par les champs de vorticité potentielle calculé sur 26 années consécutives (1980-2005) à partir des champs de vents et de température du modèle européen ERA-40. L'algorithme DYBAL a calculé l'intensité des barrières dynamiques (barrière subtropicale et vortex polaire) et du mélange. Couplé à l'algorithme des k-moyennes, il a permis la détection en coordonnées géographiques de la position des barrières et donc le calcul de l'extension méridienne des réservoirs stratosphériques. Cet algorithme a également été utilisé pour reconstituer les épisodes filamentaires caractéristiques du transport isentrope. Enfin, la perméabilité de la barrière subtropicale a été évaluée par le suivi des échanges et les routes privilégiées de ces échanges ont été mises en évidence. L'implication de ces événements sur le transport de l'ozone a été estimée ainsi que l'influence de l'oscillation quasi-biennale (QBO) et du cycle solaire de 11 ans. Les résultats présentent la variabilité dynamique de la stratosphère sur l'isentrope 600 K et montrent une augmentation de la taille du réservoir tropical et des moyennes latitudes en correspondance avec le rétrécissement du vortex polaire. Une diminution de l'intensité des échanges à travers la barrière dynamique subtropicale depuis les années 1980 est également mise en évidence.

La microstructure d'une roche sédimentaire, y compris lorsque celle-ci n'a pas subi de déformation tectonique, présente toujours une ou plusieurs caractéristiques anisotropes liées à la forme, l'orientation préférentielle ou l'arrangement de ses éléments constitutifs. Du fait des conséquences qu'ont ces anisotropies sur des propriétés physiques telles que les propriétés de transport ou la déformabilité, comme de l'histoire géologique qu'elles recellent, leur étude a constitué l'objet de nombreux travaux. Dans ce travail, les microstructures de roches présentant des degrés de déformation variés ont été analysées par examen direct (microscopie) et à travers différentes mesures de propriétés physiques réalisées en laboratoire (vitesse de propagation d'onde P ultrasonique, susceptibilité magnétique, conductivité électrique). Tous les échantillons étudiés ont présenté un comportement anisotrope vis-à-vis des propriétés mesurées. Faisant l'hypothèse que les vitesses d'onde P peuvent être représentées par un tenseur symétrique de rang 2, nous leur avons appliqué la même procédure d'inversion que celle qui est utilisée en routine pour traiter les données de susceptibilité magnétique. Cette méthode s'est avérée être un outil efficace d'estimation<br />spatiale des anisotropies acoustiques. Dans chaque cas, nous avons tenté d'attribuer aux anisotropies mesurées une origine microstructurale, d'abord en utilisant des modèles élastiques, puis par analyse des microstructures.<br />Parmi les roches étudiées, il a été mis en évidence un contrôle des anisotropies par un allongement préférentiel<br />des pores, par une anisotropie de distribution des contacts intergranulaires, par l'orientation préférentielle d'un<br />réseau de fissures interagissant avec un terme de compaction ou par une composition entre plans de microschistosit<br />é. Le résultat principal de ce travail est le fait que les anisotropies de vitesse d'onde P ultrasonique peuvent<br />exprimer la composition d'anisotropies présentes à l'échelle microstructurale, ainsi que leur évolution au cours<br />de la déformation.

Jusqu'à ce jour, l'hydrologie urbaine liée à l'assainissement pluvial utilise un très grand nombre de modèles pour représenter les deux phénomènes évolutifs, le ruissellement et l'écoulement. Ces modèles sont pseudo-empiriques, restreints à leur champ d'application et sans véritables assises théoriques. Il nous semble fondamental de revenir sur la définition de ces modèles afin de dégager leurs valeurs cognitives et pragmatiques, leurs intersections syntaxiques, ainsi que les liaisons qu'ils peuvent avoir avec l'hydrodynamique. Après avoir approfondi la définition des modèles empiriques existants, nous mettons à jour les liaisons qu'ils ont avec l'hydrodynamique. Ces liaisons leur donnent une assise théorique et permettent d'élaborer un modèle de ruissellement et d'écoulement qui généralise l'ensemble des modèles filtres existants Ce travail est indispensable à la bonne utilisation des modèles ainsi qu'à tout nouveau développement