Un Laboratoire de Recherche Souterrain (URL) a été construit en 2000 par l'Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs (Andra) dans le but d'étudier la faisabilité d'un site de stockage de déchets radioactifs dans une formation d'argile à Bure dans la Meuse. L'horizon choisi pour le laboratoire est une couche de 135 m d'épaisseur de roches argileuses du Callovo-Oxfordien (COX) qui s'étend de 420 à 555 m sous le Laboratoire du site de Bure. La couche d'argilites est entourée de bancs calcaires de l'Oxfordien et du Dogger (respectivement, 161,2 à 164,7 Ma et 164,7 à 175,6 Ma). De nombreux stylolites ont été trouvés dans ces horizons calcaires. Le but de ce travail était d'étudier la rhéologie des horizons contenant ces stylolites et d'utiliser ces structures comme marqueurs de contraintes dans la zone proche de l'URL. Pour ce travail, un grand nombre d'échantillons avec et sans stylolites ont été prélevés dans de nombreuses carottes provenant de plusieurs forages dans les formations de l'Oxfordien et du Dogger. Les mesures pétrophysiques et les études de microstructure mises en œuvre sur ces calcaires révèlent la structure microporeuse de toutes ces roches, de porosités comprises entre 4 et 18 %. La présence des stylolites s'accompagne d'une augmentation localisée de la porosité et de variations sensibles de certaines propriétés physiques ainsi que de la résistance mécanique des calcaires. Un modèle reliant une longueur caractéristique associée à la morphologie d'un stylolite et la contrainte associée au développement de cette structure est présenté. Pour utiliser ce modèle, nous avons développé une méthode pour analyser la morphologie de stylolites à partir du calcul du spectre de puissance de Fourier en prenant en compte toutes les difficultés liées à la géométrie de carottes provenant de forages. Cette méthode est appliquée pour des stylolites échantillonnés à des profondeurs différentes, de 158 m à 800 m dans les formations calcaires de l'Oxfordien et du Dogger. Nous avons analysé des profils 1D extraits des contours des carottes. En accord avec les prédictions théoriques, nous avons observé sur les spectres résultants des analyses, deux régimes différents pour les petites et grandes échelles séparés par une longueur de coupure. Nous avons ensuite déterminé les paléocontraintes associées aux longueurs de coupures trouvées et aux modules élastiques des roches. En considérant l'évolution géologique des formations du site de Bure, nous discutons pour finir les variations avec la profondeur des paléocontraintes estimées pour les stylolites des formations de l'Oxfordien et du Dogger.

Depuis de nombreuses années, l'industrie microélectronique s'est engagée dans une course à l'augmentation des performances et à la diminution des coûts de ses dispositifs grâce à la miniaturisation de ces derniers. La génération de ces structures de petites dimensions repose essentiellement sur l'étape de lithographie. Dans cette optique, plusieurs techniques de lithographie nouvelle génération (NGL) sont en cours de développement afin de pouvoir répondre aux besoins de l'industrie pour les nœuds technologiques inférieurs à 20 nm. Parmi elles, les solutions de lithographie à faisceaux d'électrons multiples semblent très prometteuses grâce à leur écriture directe sans masque (ML2), ainsi que leur coût et encombrement réduits. Le CEA-LETI s'est associé à l'entreprise Mapper Lithography basée aux Pays-Bas afin d'aider au développement d'une technologie de lithographie électronique à faisceaux d'électrons multiples basse énergie (d'énergie 5 keV). Les travaux de thèse de ce manuscrit visent à contribuer au développement de cette technologie qui pourrait à terme permettre de réaliser des dispositifs CMOS pour les nœuds technologiques actuels et futurs. L'intégration d'une nouvelle technique de lithographie dans l'industrie repose sur 3 grands critères du procédé lithographique, la production horaire (sensibilité), la résolution (taille minimale des structures réalisées) et la rugosité de ligne. La rugosité de ligne est devenue l'un des paramètres les plus critiques limitant à l'heure actuelle la miniaturisation et pour cause cette dernière impacte de manière négative les performances des dispositifs. Alors que l'ITRS préconise une rugosité de ligne inférieure à 1.7 nm pour les futurs nœuds technologiques inférieurs à 20 nm, les lithographies actuelles ne permettent pas d'obtenir des rugosités inférieures à 4-5 nm. Les travaux de cette thèse visent la minimisation de la rugosité de ligne de résine imprimée par lithographie électronique en proposant des stratégies alternatives d'écriture ou en modifiant les empilements de matériaux sous-jacents la résine, ou encore par l'introduction de traitements post-lithographiques tels que des recuits thermiques ou des traitements plasma. Les études ont montré qu'en combinant une stratégie d'écriture et un traitement plasma à base de dihydrogène une réduction de 41% du LWR pouvait être obtenue. / For decades, the growth of the Semiconductor Industry (SI) has been driven by the paramount need for faster devices at a controlled cost primarily due to the shrinkage of chip transistors. The performances of future CMOS technology generations still rely on the decrease of the device dimensions. However, the photolithography is, today, the limiting factor for pattern miniaturization and the technology has been at a standstill since the development of 193-nm water-based immersion lithography. Moreover, another parameter limiting further semiconductor scaling is the transistor gate linewidth roughness (LWR), i.e. the standard deviation of the gate critical dimension (CD) along the line. The LWR needs to be controlled at the nanometer range to ensure good electrical performances of the future CMOS device. The lithography step is again identified as the root cause of the gate LWR. Indeed, the significant LWR (4-5 nm) of the patterns printed by photolithography is transferred into the gate during the subsequent plasma etching steps, resulting in a final gate LWR far above the sub-2 nm LWR targeted for the sub-20 nm technological nodes. In order to continue scaling down feature sizes of devices, the semiconductor industry is waiting for the maturity of next generation lithographies (NGL). Among NGL, one can find the promising mask-less direct-write techniques (ML2) in which multiple electron beam lithography (multibeam lithography) is regarded as a serious candidate for providing high resolution structures at a low cost. The firm MAPPER Lithography, associated with CEA-LETI is working on the development of such a technology. The aim of this work is to contribute to the development of a low energy (5 keV) multibeam technology and to focus on the improvement of the LWR of the printed patterns. Several process parameters have been investigated to decrease the LWR: the effect of a specific writing strategy, the influence of the under layers and the introduction of post-lithographic treatments such as plasma treatments or thermal annealing. This work has shown that by combining a biased writing strategy with H2 plasma treatment, a 41% LWR decrease could be obtained. Although this performance is still above the ITRS requirements, this work opens the pace for LWR optimization with multi-beam lithography.

Si, pour les matériaux composites élaborés, de nombreuses études expérimentales ainsi que des modèles locaux de comportement ont été développés, la maîtrise du comportement des interfaces entre couches de surface ou d’assise de chaussées est actuellement un réel verrou scientifique. La méthode de dimensionnement française actuelle ne prend en compte, aux interfaces, que des conditions conventionnelles de collage ou de glissement parfait. Afin d’appréhender le comportement local de l’interphase\interface, les outils de la photomécanique apparaissent incontournables. La présente thèse propose une modélisation de l’interface rugueuse et endommageable par un modèle de zone cohésive en mode mixte. Ce manuscrit de thèse comporte trois chapitres. D’abord, le chapitre I présente un état de l’art sur les interfaces dans les matériaux et les structures et en particulier dans les couches de chaussées. Ensuite dans le chapitre II, une identification expérimentale des paramètres mécaniques et géométriques du modèle d’interface est proposée à travers des essais de traction et de cisaillement et des mesures de la texture (PMT et projections de franges). Les résultats obtenus (adhésion, rugosité,…) seront les paramètres d’entrée d’un modèle d’endommagement d’interface. Enfin, le chapitre III aborde la modélisation des interfaces entre couches de chaussées sous l’angle des modèles de zones cohésives avec la prise en compte de la rugosité géométrique. A l’issu de cette étude, une loi est proposée permettant de prendre en compte l’effet de la rugosité à une échelle locale dans une interface lisse équivalente à l’échelle globale. / Interface between bituminous layers is an important parameter for the pavement computational design.New pathologies in pavement structure require today rational methods taking into account theinterfaces behavior. Due to these concerns, the current study is based on a damage cohesive zonemodel (CZM) in mixed mode of the rough interfaces. The model was initially proposed by Allix-Ladevèze. This thesis presents a comprehensive interface modeling including delay effect, based ondamage energy release rate. The process of the present study is presented in three chapters. The firstchapter present the stat of art of interfaces. The second devoted to identify the parameters of theinterface model and material properties through advanced optical method as Digital Image Correlation(DIC) and (H-DIC). In the third chapter, a study of the influence of the elastic normal and tangentialstiffness and coupling parameters in the mixed mode on the debonding interfacial energy is presented.An analytical model provides relations between the interfaces stiffness, the coupling parameter of theCZM and the interfacial roughness. Then, a parametric numerical analysis is conducted to study theroughness effect on the interface constitutive law. Results show clearly the roughness influence in thiskind of structures. The damage behaviours predicted by the proposed model for pure mode I, puremode II and for mixed mode with taking into account of roughness are found in good agreement withexperimental results.

Le procédé du micro-fraisage apporte de nombreux avantages pour la fabrication de pièces de petites dimensions. Les objectifs de cette thèse sont d'étudier les mécanismes physiques intervenant en micro-fraisage pour l'amélioration de la fabrication de produits miniaturisés. Plusieurs thématiques de recherche sont abordés afin d'améliorer la technologie de micro-usinage tant en terme de qualité que de productivité. Parmi ces thématiques, on peut citer le développement de micro-machines-outils, l'étude de l'influence de la microstructure des pièces, l'étude des trajectoires de l'extrémité de la micro-fraise, l'analyse numérique et analytique de la formation d'un copeau segmenté, la modélisation de la rugosité de la surface usinée, par exemple par réseau de neurones ou la conception de bancs d'essais. Certains résultats importants obtenus durant ce travail sont : 1. Les différences de phases métalliques dans un matériau polycristallin multiphase affectent beaucoup le processus de micro-fraisage, induisant des variations dans les efforts de coupe et influençant la qualité de la surface générée. 2. Pendant le processus de micro-fraisage, seule un seule arête coupe la matière. L'angle de l'arête de la direction d'avance sont les paramètres les plus importants pour réduire l'erreur d'usinage et pour répartir les efforts de coupe. 3. Le mécanisme de formation du copeau est étudié par une méthode hybride analytique-numérique. Les variations de la longueur de contact entre l'outil et le copeau et de la longueur de la bande de cisaillement sont les raisons principales qui expliquent l'apparition du copeau segmenté / Micromilling technique brings many advantages to the fabrication of micro-sized features. The objectives of this thesis are to investigate the micromilling mechanism for the efficient fabrication of miniaturized products. There are a number of issues that influence micromilling processes : cutting forces, dynamics and stability, chip formation, and machine tools. Several research topics, including Micro Machine Tool (MMT) development, workpiece microstructure influences, micromill tip trajectory investigation, wavy chip formation analysis via FEM-analytical ap- proach, surface roughness prediction based on the neural network and design of experiment are focused in this thesis. Some important results are listed : 1. The metal phase differences in the multi-phase polycrystalline material affect the micromilling process greatly, induce the cutting force variation, and influence the surface generation. 2. The single flute cutting condition always occurs in the micromilling process. The flute angle and feed angle are important to the machining error and chip load distribution. 3. The wavy chip formation mechanism is studied via hybrid analytical-FEM approach. It has been found the chip acquires additional angular acceleration in the segment generation instant. The variations of the tool chip contact length and shear band length are the main reasons of wavy chip segment formation

Le bruit de frottement de deux surfaces rugueuses est dû à la vibration verticale engendrée par les impacts inter-aspérités de deux solides glissants. Il relève de la physique des interfaces multicontact dont les propriétés sont encore largement méconnues. L'objet de cette thèse est de comprendre les mécanismes de transfert d'énergie et de génération des vibrations à l'œuvre à l'interface entre deux surfaces rugueuses en glissement relatif. Ces interfaces présentent des spots de contact qui se renouvellent très rapidement mais dont la physique statistique reste à découvrir. Un outil numérique est spécialement développé pour étudier efficacement ce phénomène aux échelles microscopique et macroscopique. Les simulations sont effectuées à l'aide de centres de calcul haute performance à Lyon. Elles ont mené aux conclusions suivantes. Le niveau de la vibration Lv (dB) est une fonction croissante du logarithme de la rugosité de surface Ra et de la vitesse de glissement V, ce qui est en accord avec les résultats expérimentaux issus de la littérature. De plus, grâce à cet outil numérique, on a pu analyser précisément les chocs entre surfaces définis à partir de l'évolution temporelle de la force de contact. Leur durée est de l'ordre de 0.1 ms, la force maximale de contact peut atteindre 100 fois le poids propre du solide glissant, et le nombre de chocs est de l'ordre de 10000 par seconde pour une surface de l'ordre de 4 cm2. Les chocs sont donc des excitations transitoires brèves mais nombreuses et intenses. Ces chocs se comportent comme les sources d'énergie vibratoire qui sont responsables d'un transfert d'énergie à l'interface. C'est en effet la transformation de l'énergie cinétique du mouvement solide glissant en énergie vibratoire qui est responsable du bruit de frottement. / The friction noise between two rough surfaces is caused by the vertical vibration generated by inter-asperity impacts of sliding solids. This phenomenon involves the physics of multicontact interfaces, a field which is largely unknown. The purpose of this thesis is to understand the mechanisms of noise generation and the energy transfer process between two rough surfaces in sliding contact. The contact spots in the interface are rapidly renewed during the movement in a random fashion but their statistical properties remain to be discovered. A numerical tool is developed in order to efficiently study this phenomenon at both macroscopic and microscopie scales. The simulations are carried out thanks to the high performance computing centre in Lyon. This study leads to the following conclusions. The vibration level Lv (dB) is an increasing logarithm function of surface roughness Ra and sliding velocity V. This statement is consistent with experimental results available in the literature. Moreover, we can analyze precisely the asperity shocks which are defined from the time evolution of the contact force. The shock duration is of the order of 0.1 ms, the maximal contact force can reach to 100 times the weight of sliding solid, and the shock rate is of the order of 10000 for a surface of 4 cm2 . The asperity shocks are transient excitations, brief but abundant and intensive. These shocks behave like vibrational energy sources and are responsible of the energy transfer in the interface. This is the transformation process of kinetic energy to vibrational energy which is responsible of friction noises.

Un Laboratoire de Recherche Souterrain (URL) a été construit en 2000 par l’Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs (Andra) dans le but d’étudier la faisabilité d’un site de stockage de déchets radioactifs dans une formation d’argile à Bure dans la Meuse. L’horizon choisi pour le laboratoire est une couche de 135 m d’épaisseur de roches argileuses du Callovo-Oxfordien (COX) qui s’étend de 420 à 555 m sous le Laboratoire du site de Bure. La couche d’argilites est entourée de bancs calcaires de l’Oxfordien et du Dogger (respectivement, 161,2 à 164,7 Ma et 164,7 à 175,6 Ma). De nombreux stylolites ont été trouvés dans ces horizons calcaires. Le but de ce travail était d’étudier la rhéologie des horizons contenant ces stylolites et d’utiliser ces structures comme marqueurs de contraintes dans la zone proche de l’URL. Pour ce travail, un grand nombre d’échantillons avec et sans stylolites ont été prélevés dans de nombreuses carottes provenant de plusieurs forages dans les formations de l’Oxfordien et du Dogger. Les mesures pétrophysiques et les études de microstructure mises en œuvre sur ces calcaires révèlent la structure microporeuse de toutes ces roches, de porosités comprises entre 4 et 18 %. La présence des stylolites s’accompagne d’une augmentation localisée de la porosité et de variations sensibles de certaines propriétés physiques ainsi que de la résistance mécanique des calcaires. Un modèle reliant une longueur caractéristique associée à la morphologie d’un stylolite et la contrainte associée au développement de cette structure est présenté. Pour utiliser ce modèle, nous avons développé une méthode pour analyser la morphologie de stylolites à partir du calcul du spectre de puissance de Fourier en prenant en compte toutes les difficultés liées à la géométrie de carottes provenant de forages. Cette méthode est appliquée pour des stylolites échantillonnés à des profondeurs différentes, de 158 m à 800 m dans les formations calcaires de l’Oxfordien et du Dogger. Nous avons analysé des profils 1D extraits des contours des carottes. En accord avec les prédictions théoriques, nous avons observé sur les spectres résultants des analyses, deux régimes différents pour les petites et grandes échelles séparés par une longueur de coupure. Nous avons ensuite déterminé les paléocontraintes associées aux longueurs de coupures trouvées et aux modules élastiques des roches. En considérant l’évolution géologique des formations du site de Bure, nous discutons pour finir les variations avec la profondeur des paléocontraintes estimées pour les stylolites des formations de l’Oxfordien et du Dogger. / In order to demonstrate the feasibility of a radioactive waste repository (HLW) in clay-stone formation, the french national radioactive waste management agency (Andra) started in 2000 to build an underground research laboratory (URL) at Bure in the south of the Meuse district. The target horizon for the laboratory is a 135 m thick layer of argillaceous rock (Callovo-Oxfordian claystone) that lies between about 420 and 555 meters below the surface at the URL site. The argillite layer (COX) is surrounded by limestones from the Dogger and the Oxfordian ages (respectively 164,7 to 175,6 Ma and 161,2 to 164,7 Ma). Numerous stylolites were found in these limestones. The aim of this work is to study the rheology of these stylolite-riched horizons and the stylolites as stress gauges in the Dogger and Oxfordian formations. In this work, a wide range of samples with and without stylolites were sampled in the Dogger and Oxfordian formations. Petrophysical measurements and microstructural studies showed that all these limestones have a microporous structure. We showed that the stylolites induced significant variations in some physical properties and in the rock strength. Based on an analytical model, presented here in details, linking a characteristic length associated to the stylolite morphology and the stress associated to the development of that stylolite, a method for the morphology analysis of stylolites is developed, using a Fourier power spectrum technique, by taking into account all the difficulties linked to the use of cores from deep boreholes. We apply this method on stylolites at various depths, starting from the Oxfordian formation at a depth of 158 meters to the Dogger formation at a depth of 800 meters. No stylolites are found in the intermediate Callovo-Oxfordian claystone formation. We analyze 1D profiles taken on the outer part of the cores. In agreement with theoretical predictions, we always observe two regimes for small and large scales separated by a cross-over length. We, then, infer the corresponding paleostresses from this cross-over length and from the elastic properties of the rocks. Considering the geological evolution of the area, we discuss the variation with depth of the inferred paleostresses in the Dogger and Oxfordian formations.

Le recours à la caractérisation des états hydrique, géométrique et physique de surface du sol est essentiel dans la gestion et la conservation des ressources naturelles dans les régions agricoles semi-aride. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse visent à estimer la variabilité spatio-temporelle des paramètres de surfaces agricoles nues (humidité, rugosité et texture) moyennant des données radars multi-temporelles acquises en bande X à haute résolution spatiale. Une nouvelle description de l'état géométrique des sols est d'abord proposée à travers l'estimation d'un nouveau paramètre de rugosité, le paramètre Zg, estimé en fonction de trois paramètres statistiques de rugosité (écart type des hauteurs "s", longueur de corrélation "l" et la forme de la fonction de corrélation). Les simulations des signaux radar montrent une très forte corrélation avec ce paramètre de rugosité. L'apport du paramètre Zg est confirmé à travers une large base de données expérimentale et spatiale acquises sur différents sites en France. Le deuxième volet de cette thèse présente une analyse des sensibilités des signaux radars issus de capteurs (TerraSAR-X et COSMO-SkyMed), aux paramètres de surface (l'humidité et les trois paramètres de rugosité : s, Zs=s2/l et Zg). Une forte corrélation est observée entre les mesures radars acquises à différentes configurations (polarisations HH et VV, et à 26° et 36°d'incidences) et tous les paramètres du sol. Cette analyse est suivie par des comparaisons des coefficients de rétrodiffusion réels et simulés à partir des modèles physique et semi empirique couramment utilisés : Modèle d'équation intégrale " IEM " de Fung et al., 1992, Modèle de Dubois (Dubois et al., 1995) et le Modèle IEM empiriquement calibré par Baghdadi et al., 2011. Le dernier modèle a montré une forte cohérence avec les mesures radar. Dans le troisième volet, une méthode empirique de détection de changement est développée, en combinant les images radars TerraSAR-X avec des données d'humidités ponctuelles dérivées du réseau des 7 capteurs repartis sur la zone d'étude en continue, pour spatialiser l'état hydrique du sol. La performance de l'algorithme proposé, est évaluée et validée sur de nombreuses parcelles de référence. La spatialisation de la teneur en argile des sols est déduite à partir du calcul de la moyenne des cartes de l'état hydrique du sol (une erreur quadratique moyenne équivalent à 108 g/kg). Pour cartographier la rugosité des sols, des relations empiriques reliant le signal radar aux paramètres de rugosité (Ecart type des hauteurs et le paramètre Zg) étaient élaborées. En inversant les mesures radars, les cartes de rugosité qui en résultent, ont permis de distinguer différents états de surface des sols (labourés, dégradés ou en jachère). Dans le dernier volet, un modèle d'estimation du bilan hydrique des sols agricoles nus " MHYSAN " qui simule l'évaporation et l'état hydrique surfacique est développé. Cette dernière partie souligne le potentiel de calibrer un modèle hydrologique des sols en assimilant les produits d'humidité radars. / The characterization of geometric, water and physical surface soil parameters for semi-arid regions is a key requirement for sustainable agricultural management and natural resources conservation. In this context, the current study aims to estimate the spatio-temporal variability of soil properties (soil moisture, roughness and texture) using multi-temporal X-band radar images acquired at high spatial resolution over bare agricultural site in Tunisia. In the first section of this work, a new roughness parameter was proposed; it was the Zg parameter which combines the three most commonly used soil parameters: root mean surface height "s", correlation length "l", and correlation function shape, into just one parameter. A strong correlation was observed between this new parameter and the radar backscattering simulations. The parameter Zg was validated using large database acquired at several agricultural sites in France. Secondly, the sensitivity of X-band TerraSAR-X and COSMO-SkyMed sensors to soil moisture and different roughness parameters (s, Zs=s2/l and Zg parameters) was analyzed. The radar measurements acquired at different configurations (HH and VV polarizations, incidence angles of 26° and 36°) were found to be highly sensitive to the various soil parameters of interest. After that, the performance of different physical and semi-empirical backscattering models (IEM, Baghdadi-calibrated IEM and Dubois models) is compared with SAR measurements. Considerable improvements in the IEM model performance were observed using the Baghdadi-calibrated version of this model. Thirdly, an empirical change detection approach was developed using TerraSAR-X data and ground auxiliary thetaprobe network measurements for the retrieval of surface soil moisture at a high spatial resolution. The accuracy of the soil moisture retrieval algorithm was determined, and validated successfully over numerous test fields. Maps of soil clay percentages at the studied site were derived from the mean of the seven soil moisture radar outputs (a root mean square error equal to 108 g/kg). To retrieve surface soil roughness, empirical expressions were established between backscattering TerraSAR-X coefficients data and the roughness parameters (s and Zg). By inversing radar signals, resulting surface roughness maps have revealed that is possible to use spatial roughness variability observations at plot scale to identify soil surface changes between multi-temporal images. Finally, a Bare Soil HYdrological balance Model "MHYSAN" was developed to estimate surface evaporation fluxes and soil moisture time series over our study site. The present section of this work highlighted the feasibility of calibrating our proposed MHYSAN model through the use of multi-temporal TerraSAR-X moisture products.

Les écoulements pyroclastiques sont des mélanges à haute température de gaz et de particules volcaniques qui peuvent se propager sur de très grandes distances. Cette forte « mobilité » est souvent attribuée à leur capacité à se fluidiser, c’est-à-dire à générer et conserver une forte pression interstitielle de gaz qui réduit les forces de friction interne. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre comment les irrégularités des terrains sur lesquelles se propagent les écoulements pyroclastiques peuvent favoriser leur fluidisation. Une première série d’expériences de laboratoire a consisté à générer des écoulements de particules fines (diamètre de 45-90 μm) sur des substrats de différentes rugosités. Les résultats montrent que la distance de parcours des écoulements augmente avec la rugosité, allant jusqu’à doubler par rapport à la distance de parcours sur fond lisse. Des analyses de vidéos haute vitesse et des mesures de pression interstitielle d’air à la base des écoulements montrent que la tête (partie antérieure) des écoulements qui se propagent sur un substrat rugueux s’auto-fluidisent en conséquence de la sédimentation des particules dans les interstices du substrat, chassant l’air qui remonte et percole dans l’écoulement. Ce mécanisme d’auto-fluidisation est efficace pour toutes les inclinaisons étudiées (0-30°), suggérant qu’il est susceptible de se produire tout au long de la mise en place d’un écoulement pyroclastique. Une seconde étude a consisté à faire chuter des lits de particules dans une colonne statique. Les résultats montrent que même pour une hauteur de relâchement relativement faible (20 cm), le mélange peut entièrement s’auto-fluidiser durant sa chute. Quand les particules sont suffisamment fines (<100 μm) la pression interstitielle dans le dépôt diffuse pendant plusieurs secondes, la durée de cette diffusion augmentant avec l’augmentation de l’épaisseur du lit et la diminution de taille des particules. Les temps de diffusions les plus longs sont observés avec un matériau provenant d’un dépôt d’écoulement pyroclastique (~30 s pour des lits de 28.5 cm d’épaisseur). Ces résultats suggèrent que les écoulements pyroclastiques qui se propagent sur des terrains accidentés peuvent s’auto-fluidiser et conserver une faible friction au cours de leur mise en place. / Pyroclastic flows are hot mixtures of gas and particles that can propagate over large distances. This high “mobility” is often attributed to their ability to be fluidized, that is, to generate and retain high gas pore pressure that reduces internal friction forces. The main objective of this thesis is to understand how irregularities of substrates on which pyroclastic flows propagate can enhance their fluidization. A first set of laboratory experiments consisted of the generation of fine-grained flows (diameter of 45-90 μm) on substrate of various roughness. Results show that the flow runout distance increases with the substrate roughness, and is up to twice the runout on a smooth substrate. High speed video analyses and air pore pressure measurements at the flow base show that the flow head propagating over a rough substrate can auto-fluidize because of particles sedimentation into the substrate interstices, which forces the air to escape upward and percolate through the flow. This auto-fluidization mechanism is efficient at all inclinations investigated (0-30°), suggesting that it could occur during the whole emplacement of a pyroclastic flow. A second study consisted of the vertical release of beds of particles in a static column. Results show that the granular mixture can be fully fluidized, even when collapsing from a relatively low height (20 cm). When particles are fine enough (<100 μm), pore pressure in the deposit diffuses for several seconds, the diffusion duration increasing with increasing bed thickness and decreasing particle size. The longest diffusion durations are observed for pyroclastic flow deposit materials (~30 s for 28.5 cm thick beds). These results suggest that pyroclastic flows propagating on irregular terrains can auto-fluidize and preserve low internal friction during their emplacement.

L’étude de la propagation des ondes élastiques dans des plaques présentant des défauts en surface ou en volumetrouve sa place dans divers domaines industriels (aéronautique, automobile, aérospatial,…) pour le contrôle de l’état de santé des matériaux. L’étude menée ici en ondes transversales horizontales (SH) porte plus particulièrement sur les effets de rugosité aux interfaces d’une structure tri-couche, deux plaques isotropes collées par une couche mince de colle (les interfaces entre la couche de colle et les deux plaques sont rendues rugueuses pour améliorer l’adhésion), les plaques n'étant pas obligatoirement de même nature. L’objectif à terme est de caractériser cette rugosité et par-delà d'analyserson influence sur la qualité de collage. Les rugosités peuvent être quelconques ; celles considérées ici sont soit périodiques, soit pseudo-aléatoires. Les approches retenues sont analytiques, numériques et expérimentales. L’approche analytique basée sur une formulation intégrale adaptée à la propagation en ondes SH est utilisée pour déterminer les champs de déplacements et de contraintes dans les deux plaques. L’étude numérique par éléments finis qui utilise le logiciel COMSOL donne les coefficients de transmission. L’étude expérimentale met en oeuvre des transducteurs piézoélectriques à ondes transversales pour l’émission, et un vibromètre laser en réception, l’objectif étant de générer et d’identifier les modes propagatifs dans les structures étudiées, et d’évaluer leur comportement selon le type de rugosité.Les résultats et comparaisons portent sur les champs (déplacement-contrainte) et les coefficients de transmission enprésence de rugosité, avec ou non accords de phase lorsque des périodicités apparaissent sur les profils de rugosité. / Analysing the elastic wave propagation in rough plates opens the way to several applications such as the health monitoringof materials in industrial sectors (aeronautics, automotive, aerospace,..). The study here in using shear horizontal waves(SH), focuses on the effects of roughness at the interfaces of a bi-layered structure which consists of two isotropic platesadhesively bonded using a thin layer of glue (the interfaces between the adhesive layer and the two plates are roughenedto improve adhesion), the plates being not necessarily of the same nature. The aim of this study is to characterize thisroughness and beyond to analyze its influence on the quality of bonding. The roughness may have any profile; thoseconsidered here are either periodic or pseudo-random. The approaches used are analytical, numerical and experimental. The analytical approach, based on the integral formulation developed for SH-wave propagation, is used to determine the fields of displacements and stresses in both plates. The numerical finite element analysis using the COMSOL software gives the transmission coefficients. In the experimental study, shear waves piezoelectric transducers are used for the emission and a laser vibrometer for the reception; the final aim being to generate and to identify the modes propagating in the studied structures, and to evaluate their behavior depending on the roughness. The displacement and stress perturbation maps, and transmission coefficients are presented in the presence of roughness, with or without phase-matching.

La question de l'eau constitue à l'heure actuelle un enjeu majeur pour nos sociétés. Bien qu'il s'agisse d'une ressource renouvelable, son cycle naturel est soumis à de fortes pressions issues tant de l'activité humaine que des modifications climatiques.Le débit des fleuves constitue une des variables clefs du cycle de l'eau. Sa quantification implique des mesures in situ lourdes. De ce fait, son suivi à l'échelle globale reste problématique, et les techniques de télédétection peuvent représenter un atout majeur. Les techniques satellitaires optiques et radar ne peuvent actuellement que mesurer les variables de surface et n'accèdent pas aux paramètres de fond des cours d'eau. Ce travail propose une méthode d'estimation de ces paramètres hydrauliques de fond à partir des seules mesures des variables de surface, en vue de l'estimation du débit. Cette méthode a été validée sur des données simulées exactes et une étude de sensibilité au bruit de mesure a été menée sur des données simulées bruitées et sur des données réelles.Le second volet de ce travail porte sur le potentiel de l'interférométrie radar temporelle à mesurer la variable de vitesse de surface des fleuves. Une campagne de mesure aéroportée a été réalisée sur le Rhône (ONERA-Cemagref) et a montré des résultats concordants avec les mesures de vitesses réalisées in situ par ADCP. En revanche, le modèle de rétrodiffusion M4S, testé dans le cadre de cette thèse, est apparu peu adapté aux scènes fluviales : il s'avère extrêmement sensible aux conditions de vent, ce qui peut s'expliquer par une faiblesse dans la modélisation des caractéristiques des surfaces de fleuves. Dans le cadre du programme SWOT (NASA-CNES), nous avons développé une méthode de mesure in situ de la rugosité des surfaces fluviales. Validée lors de mesures en laboratoire, cette méthode a été mise en œuvre sur le Rhône, et a ainsi permis de caractériser la surface et l'influence de l'intensité du vent sur les paramètres de rugosité. / The water issue is currently a major challenge for our societies. Even if water is a renewable resource, its natural cycle supports great stresses, both human activity and climate change.River discharge is a key variable of the water cycle, whose quantification requires heavy field measurements. Therefore the global monitoring of river discharge remains problematic and satellite remote sensing techniques could be a major asset. Earth Observation radar techniques are currently limited to the measurement of surface variables and cannot measure river bottom hydraulic parameters. The current study proposes a method to estimate these parameters from surface variables, in order to estimate the river discharge. This method has been validated on exact simulated data and its robustness to measurement noise has been studied on noisy simulated data and on real data.The second part of this work explores the abilities of radar along-track interferometry to measure river surface velocity. Velocity measurements carried out on the Rhône river during an airborne campaign (ONERA-Cemagref) show a strong consistency with ADCP field measurements. M4S backscattering model, tested in the framework of this study, is poorly adapted to river scenes : it appears to be extremely sensitive to wind intensity which could be explained by a poor modeling of surface roughness. As part of the SWOT mission program (NASA-CNES) a method allowing in situ characterization of river surface roughness has been developed. It was validated under laboratory controlled conditions. It was implemented on the Rhône river to characterize water surface and quantify the influence of wind intensity on the water surface roughness parameters.