Dans les procédés industriels mettant en œuvre des systèmes solide liquide, le contrôle du processus d'agglomération des particules est fondamental compte tenu de son influence déterminante sur l'évolution de la distribution granulométrique des produits finaux. Ce travail a pour objectif l'étude du processus d'agglomération de suspensions d'alumine, agitées, peu concentrées en s'intéressant tout particulièrement aux aspects physico-chimiques et hydrodynamiques. La principale technique expérimentale utilisée est la turbidimétrie spectrale, méthode optique qui permet de suivre in-situ, l'évolution dans le temps de l'ensemble de la distribution granulométrique d'une suspension. Nous avons ainsi pu identifier expérimentalement trois phénomènes responsables de cette évolution: l'agglomération, la sédimentation et la rupture des agglomérats formés et étudier l'influence des paramètres hydrodynamiques et physico-chimiques. Nous proposons alors une modélisation par l'intermédiaire du calcul d'un noyau d'agglomération original en régime turbulent qui tient compte des interactions hydrodynamiques et des forces d'interaction interparticulaires. Les résultats expérimentaux et ceux du modèle sont confrontés au moyen de simulations numériques de l'évolution dans le temps de la turbidité d'une suspension.

Le rôle de l'océan Arctique dans le climat global est important. Les apports d'eau douce sont essentiels au maintien de la couche de faible salinité à la surface de l'océan qui permet la formation de la glace de mer. Les variations du budget d'eau douce influencent donc l'étendue du couvert de glace. Les variations du couvert de glace modifient l'albédo, le budget énergétique et les conditions de salinité et de température des masses d'eaux superficielles qui, à leur tour, influencent le climat global. Dans le contexte des changements climatiques actuels, il est indispensable de reconstituer l'histoire climatique de l'océan Arctique, en particulier au cours des cycles glaciaires-interglaciaires récents, afin de comprendre sa variabilité naturelle. L'étude paléoclimatique de l'océan Arctique a été entreprise dès les années 60 sur la base d'analyses des enregistrements sédimentaires livrés par des carottes de forage. Les sédiments situés sur les plateaux continentaux (30% de la surface de l'océan Arctique) sont caractérisés par des hauts taux de sédimentation qui permettent des études paléoclimatiques de haute résolution. Les bassins profonds et les rides connaissent des taux de sédimentation beaucoup plus faibles autorisant des études sur une plus grande échelle de temps. Ce sont de tels enregistrements qui ont été utilisés dans la présente thèse dont l'objectif principal consistait à établir des éléments de chronologie de la sédimentation grâce à l'étude des actinides. Le premier chapitre concerne le comportement des isotopes à courte période dans les sédiments de sub-surface de l'océan Arctique en relation avec les larges gradients de vitesse de sédimentation. L'étude a été focalisée sur le 210Pb, analysé dans neuf carottages courts (multicores) représentant des environnements différents (plateau, ride, etc.) afin de déterminer les conditions de son utilisation éventuelle aux fins de détermination des vitesses de sédimentation récentes. Deux multicores provenant de la ride de Mendeleiv ont été étudiés en détail et ont permis de mettre en évidence les particularités du comportement des actinides ascendants dans les environnements caractérisés par de très faibles taux de sédimentation. On a pu démontrer que sous de telles conditions, le profil de 210Pb était rapidement contrôlé par son ascendant, le 226Ra, lui même contrôlé par le 230Th ascendant. De plus, les budgets de 210Pb estimés dans ces deux mu1ticores indiquent que le 210Pb du sédiment correspond à la somme des sources atmosphériques et de la colonne d'eau, à une profondeur de ~1600 m. Par contre, un déficit s'observe dans la colonne sédimentaire, plus bas, à ~2500 m de profondeur. Il permet de conclure à un transport latéral du 210Pb ou à une capacité limitée d'adsorption particulaire, au delà de 1600 m de profondeur. Le deuxième chapitre présente une étude sédimentologique, minéralogique et géochimique détaillée des deux multicores utilisés dans le chapitre I. Les outils stratigraphiques courants (14C, 18O) s'avèrent peu concluants dans un tel contexte sédimentologique. Nous avons donc utilisé le 230Th et le 231Pa pour établir des éléments de chronostratigraphie. Deux régimes distincts ont été observés, l'un correspondant aux périodes glaciaires où la sédimentation est caractérisée exclusivement par les apports sédimentaires des glaces flottantes (Ice Rafted Debris, IRD), l'autre correspondant aux périodes interglaciaires et déglaciations, marquées par des flux sédimentaires plus élevés et des apports plus fins issus de l'archipel de l'Arctique Canadien, et un contenu micro-faunistique (foraminifères) peu abondant. En se basant sur les caractéristiques géochimiques et sédimentaires des deux régimes et les éléments de chronologie issus des données 230Th et 231Pa, on a mis en évidence la présence d'un transport latéral en 230Th et 231Pa dans les sédiments glaciaires. Le troisième chapitre présente des données géochimiques et sédimentologiques provenant de la ride Lomonossov. Cette ride, au centre de l'océan Arctique, est marquée par des vitesses de sédimentation plus élevées. La séquence sédimentaire examinée correspond ainsi aux derniers 25 000 ans. Un événement sédimentaire ponctuel, daté à ~12 000 ans (chronologie 14C calibrée), rend compte d'une source sédimentaire de l'Arctique Canadien. Cet événement correspondrait au Dryas récent (Younger Dryas-YD). Cette observation est l'une des premières observations d'origine marine de la débâcle du Lac Agassiz vers le nord, proposée par divers auteurs. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Océan Arctique, Paléocéanographie, Quaternaire, Actinides

Cette étude vise une meilleure compréhension du mode d'action des agents viscosants utilisés dans le béton afin d'améliorer sa stabilité face à la sédimentation et au ressuage. Ces produits sont utilisés dans les bétons autoplaçants, dans les ouvrages coulés sous l'eau et dans les coulis d'injection. lls servent à maintenir l'homogénéité que ce soit lors de la mise en place (stabilité dynamique), ou une fois que le béton est placé (stabilité statique). Cette étude s'est portée sur la stabilité statique et les adjuvants chimiques utilisés pour l'assurer. Ces adjuvants sont généralement des polymères naturels ou semi-synthétiques de très grande taille parmi lesquels on retrouve des gommes, des celluloses modifiés et des amidons modifiés. Ils servent principalement à augmenter la viscosité de la solution. Cette augmentation de la viscosité ralentit la sédimentation de façon à ce qu'il n'y ait pas de ressua ge visible jusqu'à la prise du béton. Certains des adjuvants, notamment les gommes, agissent par adsorption sur les particules et par pontage des particules créant une structure tridimensionnelle. Cette structure permet de ralentir la sédimentation et augmente le seuil de cisaillement de la pâte et des bétons. D'autres, comme les polyéthylène glycols, s'adsorbent peu ou pas et agissent seulement par la croissance de viscosité et possiblement par l'enchevêtrement de chaînes de polymère. ll a été observé que les agents viscosants ne stabilisent pas les suspensions inertes mais ralentissent seulement la sédimentation. La stabilisation apparaît dans les systèmes réactifs, comme le ciment, lorsqu'une structure forte se développe et s'oppose à toute migration des particules. Un autre aspect qui a été mis en évidence est l'incompatibilité qui peut survenir entre des adjuvants tels les superplastifiants et les agents viscosants. Cette incompatibilité a été observée dans le passé mais jamais expliquée auparavant. Dans cette étude deux types d'incompatibilité ont été démontrés et expliqués.

Les superplastifiants sont des adjuvants développés pour conférer aux matériaux cimentaires une plus grande fluidité pour un même rapport eau/ciment (E/C) en favorisant la dispersion des particules. De nombreuses études ont été réalisées pour approfondir la compréhension de leur mode d'action. La plupart du temps, elles relient directement la quantité adsorbée au comportement rhéologique des matériaux dans lesquels ils sont incorporés. Cependant, à une échelle intermédiaire, l'organisation mésostructurale de la pâte cimentaire contrôle non seulement sa fluidité, mais également son homogénéité et sa stabilité physicochimique.Ces travaux de thèse portent sur une dernière génération de superplastifiant : les polycarboxylates (PCE). Une approche expérimentale multi-échelles a été développée en intégrant les caractéristiques mésostructurales de la pâte de façon à faire le lien entre les interactions organo-minérales, notamment l'adsorption des PCE, et les propriétés macroscopiques (comportements en sédimentation et rhéologique). L'identification et la caractérisation granulaire de la pâte a été abordée à l'échelle de la particule, par une approche morpho-granulométrique. Des indices de dispersion ont été définis de façon à quantifier l'influence des PCE sur l'organisation mésostructurale des particules (particules unitaires ou agglomérées). Dans un second temps, l'évolution de cette organisation a été étudiée par l'analyse des colonnes de sédimentation. Un indice de séparation de phase a été défini, mettant en évidence l'existence de plages de stabilité en fonction du dosage et de la structure moléculaire du PCE incorporé.La mise en relation de ces observations avec l'étude des interactions organo-minérales a permis d'approfondir la compréhension du mode d'action et de l'influence des PCE. Cette démarche analytique représente un outil potentiel au développement de superplastifiants novateurs.

Java, l'île principale de l'archipel indonésien a vu la construction, depuis les années 1960, de nombreux grands barrages. Leurs rôles sont multiples, passant du contrôle des flux liquides (écrêtage des crues et soutien des étiages) à l'approvisionnement en eau des grandes agglomérations urbaines et des terres agricoles. Ils jouent également le rôle important de fournisseur d'énergie. Depuis leur mise en eau, on assiste à un comblement rapide des réservoirs liés à des taux d'érosion qui figurent parmi les plus élevés du monde. La diminution importante de leur efficacité entraîne par conséquent de nombreuses répercussions néfastes sur le milieu et les sociétés. Les objectifs de cette recherche sont ainsi de déterminer, avec des approches multiples (SIG, télédétection, base de données hydro-climatiques, sondages lacustres...), les taux et les rythmes de remplissage de ces réservoirs, agissant comme indicateurs de l'érosion dans leur bassins-versants respectifs. Il s'agira de mettre en évidence les facteurs principaux influant sur cette forte sédimentation et de mettre en place des outils permettant de venir en aide aux organismes chargés de la gestion des bassins-versants javanais. / Since the Sixties, a large number of dams have been built in the Indonesian archipelago's main island, Java. Their rôle are multiple, going from liquid flows control (flood – peak shaving and low flow support) to water supply of great urban areas and agricultural lands. They also are an important energy supplier. After their watering, a fast filling of the tanks related to rates of erosion that appear among the highest in the world, has been observed. This significant efficiency decrease involves multiple negative impacts on environment and utilities. Through a multiple approach (GIS, remote sensing, hydroclimatic databases, lake surveys...), the objectives of this research are to determine the sedimentary transfer rates and pace within the studied basins, which act as erosion indicators in their respective basins. The key determinants affecting this high sedimentation will be highlighted and a software will be developed with the aim to provide Javanese river basins authorities with new tools.

Cette thèse s’inscrit dans le projet ASCoPE qui vise à développer les connaissances scientifiques et technologiques nécessaires à la conception et à la réalisation d’un pilote de production d’acier par réduction électrochimique de particules d’hématite en suspension dans un milieu alcalin à 110°C, en vue de proposer un procédé industriel fiable et écologique, comme alternative au procédé classique reposant sur le charbon. Le mélange considéré contient une suspension d’hématite à 12% en volume dans une solution aqueuse de soude à 50% en masse. Cette thèse a pour objectif l’étude de la sédimentation et de la rhéologie des suspensions d’hématite et le comportement hydrodynamique des particules d’hématite dans une cellule inclinée et de quantifier l’éventuel phénomène d’impact sur la cathode / This thesis aims to develop scientific and technological knowledge needed to design a pilot production of steel by electrochemical reduction of hematite particles suspended in an alkaline medium at 110°C in order to provide a reliable and environmentally friendly industrial process, as an alternative to the conventional process based on coal. The mixture considered contains a suspension of hematite of 12% by volume in an aqueous sodium hydroxide solution of 50% by weight. This thesis seeks to study the sedimentation and rheology of hematite suspensions and the hydrodynamic behavior of hematite particles in inclined cell and to quantify the possible phenomeno impact on the cathode

La partie orientale de la Méditerranée, est une des régions sismiques les plus actives en Europe. La présence dans cette région de nombreux lacs et bassins marins isolé fait de cette région un endroit idéal pour étudier l'enregistrement de l'activité sismo- tectonique et les principaux changements climatiques dans des environnements subaquatiques. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude de l'enregistrement paléosismique subaquatique du Quaternaire tardive dans deux bassins: la Mer de Marmara et le Golfe de Corinthe. Ces derniers sont des bassins marins isolés traversés par des failles majeures (par exemple, la faille Nord Anatolienne). Nous nous sommes concentrés sur l'identification des traces laissées par des paléoséismes dans l'enregistrement sédimentaire, en particulier, les couches nommées ici: "homogenites + turbidites" (HmTu), lequel représentent des événements sédimentaires quasi instantanés induits par des secousses sismiques. Leur identification a été réalisée à partir des analyses sédimentologiques classiques et des propriétés magnétiques, en particulier, l'anisotropie de la susceptibilité magnétique. Les analyses ont été effectuées sur les sédiments carottés à l'aide du système géant à piston CALYPSO. Ces sédiments représentent les dernières 17 cal ka BP de sédimentation, et ont enregistré le dernier passage de conditions non marine à des conditions marines. Dans la mer de Marmara, ce passage a été identifié autour de 12,8 cal ka BP, tandis que, dans le golfe de Corinthe était d'environ 11,7 cal ka BP. Dans les deux bassins, l'enregistrement des événements instantanés considérés comme induits par des séismes a permis l'estimation d'un intervalle moyen de récurrence. Dans le bassin de Çınarcık de la mer de Marmara, l'intervalle de récurrence moyenne minimale varie entre ~155 et ~365 ans, tandis que pour la partie orientale du golfe de Corinthe, l'intervalle de récurrence moyenne minimale varie entre ~400 et ~500 ans. Enfin, dans le bassin central de la mer de Marmara, l'étude des événements HmTu corrélées sur les côtés opposés d'un segment de la faille nord-anatolienne permet d'estimer le décalage vertical co-sismique pour une période continue de 2 ka. Des valeurs significatives observées étaient des décalées verticalement (jusqu'à 144 cm), ce qui implique un déplacement verticalement dominant (normal) pour ce segment. / The Eastern Mediterranean is one of most seismically active and rapidly deforming regions in Europe. The presence in this region of numerous lakes and isolate marine basins makes this region an ideal area to study the record of the seismo-tectonic activity and the main climatic changes in sub-aquatic environments. In this thesis we are interested in studying the Late Quaternary sub-aquatic paleoseismic record of two basins: The Sea of Marmara and The Gulf of Corinth. Both are isolated deep marine basins, crossed by major faults (e.g. the North Anatolian Fault). We focused on identifying the traces left by paleoearthquakes in the sedimentary record, particularly, the layers named here: “homogenites+turbidites” (HmTu), which represent individual sedimentary seism-induced events. Their identification was performed through classical sedimentological analyzes and magnetic properties, in particular the Anisotropy of Magnetic Susceptibility. Analyzes were conducted on sediment recovered by long Calypso piston cores. These sediments represent the last 17 cal kyr BP of sedimentation, and have recorded the last non-marine to marine change. In the Sea of Marmara, this passage was identified around 12.8 cal kyr BP, whereas in the Gulf of Corinth was around 11.7 cal kyr BP. In both basins, the record of the earthquake induced instantaneous events allowed the estimation of the average earthquake recurrence interval. In the Çinarcik Basin of the Sea of Marmara, the minimum average recurrence interval varies between ∼155 and 365 yr, while for the eastern part of the Gulf of Corinth the minimum average recurrence interval varies between ∼400 and ∼500 yr. Finally, in the Central Basin of the Sea of Marmara, the study of correlated HmTu events at opposite sides of a segment of the North Anatolian Fault allows the estimation of the co-seismic vertical offset for a continuous period of 2 kyr. Significant values of vertical offset were observed (up to 144 cm), implying a dominant vertical (normal) throw for this fault segment.

Dans ce travail, nous avons étudié la relation entre la viscosité et la dynamique microscopique (caractérisée par le temps de relaxation structurale) d'une suspension colloïdale en fonction de la fraction volumique. Nous avons mis au point une expérience originale nous permettant de mesurer la viscosité et le temps de relaxation simultanément sur le même échantillon. La dynamique microscopique est mesurée à l'aide de techniques conventionnelles de diffusion dynamique de la lumière "multi-speckles" ; la viscosité est quant à elle obtenue en mesurant la vitesse de sédimentation de particules-sondes micrométriques. Ces mesures nous ont permis d'étendre d'au moins deux décades la gamme de viscosités à taux de cisaillement nul préalablement explorée. Nous montrons que la viscosité et le temps de relaxation structurale mesuré au pic du facteur de structure statique, sont couplés jusqu'à des fractions volumiques situées bien au-delà de la transition vers un régime surfondu. Par ailleurs, nous avons constaté que le fort accroissement du temps de relaxation à l'approche de la transition vitreuse était bien décrit par une divergence exponentielle, plutôt que par une loi de puissance critique prévue par la Théorie de Couplage des Modes (MCT). / In this work, we have investigated the relation between the viscosity and the microscopic dynamics (structural relaxation time) of colloidal suspensions, as a function of volume fraction. We have designed and implemented an original setup which allows us to measure the viscosity and the relaxation time simultaneously on the very same sample. The dynamics are measured by conventional multispeckle dynamic light scattering, while the viscosity is obtained by measuring the sedimentation velocity of micron-sized tracer particles. Our measurements extend the range of previous measurements of the zero-shear viscosity by two decades. We find that the viscosity and the relaxation time measured at the peak of the static structure factor are coupled up to deep in the supercooled regime, thereby extending previous observations that were limited to the onset of supercooling. Furthermore, we show that the steep growth of the relaxation time on approaching the glass transition is well described by an exponential divergence, rather than by a critical power law as predicted by Mode Coupling Theory (MCT).

L'hyperuniformité est un concept relativement récent, utilisé afin de comprendre et de prédire les propriétés photoniques de matériaux désordonnés. Motivés par la perspective de fabriquer des systèmes hyperuniformes désordonnés au moyen d'un processuss pouvant etre reproduit a une échelle industrielle, nous forcons de facon périodique une suspension de sphères colloidales a travers des cycles de sédimentation inversée. La caractérisation de la dynamique et de la structure du système implique differentes techniques adaptées a la taille des particules et aux propriétés de la suspension. Nous analysons la pertinence de chaque technique quant a l'évaluation de l'hyperuniformité d'un système. Nous détectons et suivons des particles de borosilice de facon individuelle afin de caractériser leurs propriétés dynamiques. Nous trouvons une forte anisotropie dans la dynamique de ces suspensions, ainsi qu'une transition dynamique a un temps d'attente caractéristique. L'anisotropie peut etre annulée en introduisant une nouvelle direction de sédimentation. La dynamique de suspensions de particules de silice est examinée via une technique appelée Differential Dynamic Microscopy. Nous observons une augmentation du coefficient de diffusion des particules a un temps d'attente caractéristique, dépendant du temps d'attente. Finalement, nous étudions la structure de ces suspensions a travers la diffusion statique de la lumière aux angles faibles. Nous observons un changement du facteur de structure des suspensions, au meme temps caractéristique mesuré en Differential Dynamic Microscopy. / Hyperuniformity is a relatively recent concept that has been increasingly used to understand and predict the photonic properties of disordered materials. Motivated by the perspective of generating disordered hyperuniform system through a new and scalable process; we periodically drive three-dimensional suspensions of colloidal spheres through reversed cycles of sedimentation. The size of colloids chosen is kept to a micrometric scale to keep a focus on potential application in photonics. The characterization of the dynamics and structure of the system involves different techniques, adapted to the nature and properties of the particles and the suspending media. The extent to which each of these techniques can provide information about the hyperuniformity of the system is assessed. We use particle tracking to study the dynamics of the suspensions of borosilicate particles. We find a strong anisotropy in the suspensions dynamics, as well as a dynamical transition at a characteristic wait time. This anisotropy can be cancelled by allowing another sedimentation direction in the system. The dynamics of the suspensions of the silica particles are examined using Differential Dynamic Microscopy. We observe an increase of the diffusion coefficient of the particles at a characteristic wait time that is concentration-dependent. We then investigate the structure of these suspensions through Low Angle Static Light Scattering. We observe a change in the structure factor of the suspensions, which occurs at the same characteristic wait time measured through Differential Dynamic Microscopy.

La zone côtière est très importante pour l'Indonésie. Elle constitue la base des principales activités domestiques, commerciales et industrielles. Récemment, de nombreux problèmes environnementaux sont apparus dans le développement des zones côtières indonésiennes. C‟est notamment le cas de la lagune à mangrove de Segara Anakan, située dans le bassin versant Citanduy sur l'île de Java. Le niveau élevé de la sédimentation, consécutif à l'érosion rapide des sols en amont du bassin versant, a provoqué une grave dégradation des fonctions économiques et écologiques de cette lagune. Entre 1903 et 2008, la superficie de la lagune Segara Anakan a diminué de 88%, passant de 6400 à 750 hectares. Compte tenu de ses particularités et fonctions importantes, l‟écosystème lagunaire de Segara Anakan a été considéré par le gouvernement indonésien comme un domaine stratégique national où des démarches de préservation ont été initiées. Néanmoins, jusqu‟à aujourd‟hui, la dégradation environnementale de cette lagune se poursuit du fait de problèmes de gestion entretenus par de multiples conflits entre les divers acteurs du développement régional. En considérant l‟écosystème du bassin versant, y compris sa zone lagunaire, comme un système dynamique et complexe, nous avons eu recours à la méthode DPSIR (Driving force-Pressure-State-Impact-Response) pour analyser et relier tous les facteurs impliqués dans la dégradation de cet écosystème, tant sur le plan physique, qu‟économique, social, politique ou institutionnel. La description de ces facteurs et de leurs interrelations est primordiale pour tenter de développer un modèle d‟aménagement intégré de la lagune qui soit accepté par les différents acteurs de sa gestion et de son utilisation. / The coastal zone is very important for Indonesia. It becomes the significant basis for the domestic, commercial and industrial activities. Recently, many environmental problems have arisen in the coastal zone development in this country. One of them is the case of the Segara Anakan mangrove lagoon, located in the Citanduy watershed on the Java Island. The high level of sedimentation, resulting from rapid soil erosion in the upstream of that watershed has caused a severe degradation of the economical and ecological functions of that lagoon. Between 1903 and 2008, the lagoon area decreased by 88% from 6400 to 750 hectares. By taking into account the uniqueness and its important functions, the Indonesian government has determined the Segara Anakan lagoon as a national strategic area where the conservation efforts have been initiated. However, the environmental degradation of that lagoon still occurs until now because of the management problem which is maintained by multiple conflicts between the various actors of regional development. Considering the watershed, including the lagoon area, as a dynamic and complex system, we used the DPSIR method (Driving force-Pressure-State-Impact-Response) to analyze and to link all the factors involved in the degradation of this ecosystem including physical, economic, social, political and institutional aspects. The identification of these factors and the description of their interrelationships are essential to develop an integrated lagoon management model which is accepted by the different actors concerned in the lagoon management and the lagoon utilization.