Nous étudions dans ce travail la modélisation de la cristallisation d'une chambre magmatique fermée. Le modèle physique et mathématique couple trois phénomènes élémentaires : solidification, sédimentation et réactions chimiques entre solide et liquide magmatique. L'adimensionnement des équations aux dérivées partielles permet de faire apparaître deux paramètres exprimant les ratios respectifs de la vitesse de solidification sur la vitesse de déplacement et de la cinétique d'échange chimique sur la vitesse de déplacement. La vitesse de déplacement relatif entre le solide et le liquide, la vitesse de solidification et la loi de partage à l'équilibre sont supposées connues ; la loi d'équilibre chimique peut être non linéaire et s'appliquer aux éléments majeurs. Le modèle est écrit pour un constituant chimique. Il est scindé en deux sous modèles, celui de la cristallisation/sédimentation et celui du transport réactif. Le premier est exprimé par une équation de nature hyperbolique et est résolu par un schéma à trois points, le second est résolu par des schémas décentrés. Le code de calcul est écrit en langage Fortran 90, il est ensuite validé par des méthodes théoriques telles que la méthode des courbes caractéristiques, par des calculs analytiques ou par des considérations qualitatives. Les simulations numériques montrent que, pour certaines valeurs des paramètres adimensionnés et pour certaines formes de la loi d'équilibre chimique, la composition chimique de la chambre peut présenter une répartition non uniforme des compositions, en particulier bimodale (deux valeurs des concentrations sont privilégiées), à partir de conditions initiales homogènes. Le degré de cette bimodalité dépend notamment de la forme de la loi de partage à l'équilibre. Ce modèle fournit un cadre intellectuel pour discuter les phénomènes responsables de la variété de compositions des roches magmatiques, notamment dans une même province. Il montre en particulier que le couplage entre trois phénomènes élémentaires suffit à rendre compte de la bimodalité ou plus généralement de l'apparition de discontinuités de composition, sans faire intervenir de phénomène additionnel.

Ce travail concerne les suspensions macroscopiques en régime visqueux, pour lesquelles les interactions sont purement hydrodynamiques, au travers de deux expériences modèles.<br />La première, de nature rhéologique, vise à caractériser les contraintes de la phase particulaire dans une suspension isodense cisaillée. Elle met en évidence une pression des particules, proportionnelle au cisaillement imposé, analogue à la pression osmotique, proportionnelle à la température dans les systèmes Browniens. Les résultats obtenus pour des concentrations en particules allant de 0.30 à 0.50, indiquent que les contraintes normales induites dépendent fortement de la concentration.<br />La seconde expérience concerne des suspensions bidisperses fluidisées de particules plus denses que le fluide. L'efficacité de la fluidisation à ségréger ou à mélanger les particules de tailles différentes est testée pour différents débits imposés. Pour des rapports de tailles assez grands et quelle que soit la concentration, il existe un état ségrégé stationnaire (grosses billes seules surmontées de petites seules). Les vitesses de fronts de ségrégation permettent de discriminer les modèles empiriques proposés dans la littérature : le modèle de Funamizu & Takakuwa rend compte des mesures, avec un seul paramètre ajustable. En revanche, lorsque le rapport de tailles est inférieur à 4/3, et pour une certaine gamme de concentration, aucun état stationnaire n'est observé. Les suspensions oscillent entre états mélangés et états partiellement ségrégés avec une période variant avec la composition et la concentration : le processus de ségrégation est interrompu par un phénomène de mélange encore inexpliqué.

Ce travail est consacré à l'étude des structures, de la sédimentation et de la subsidence jurassiques sur une transversale E-W aux Alpes Occidentales, du Massif Cristallin Externe de Belledonne à la frontière italienne, représentant la marge occidentale de la Téthys Ligure (chapitre 1). il est fondé sur des coupes stratigraphiques levées dans les zones dauphinoise, subbriançonnaise, briançonnaise et piémontaise. En vue de déterminer les positions relatives des diverses coupes, le chapitre 2 rappelle les diverses étapes de l'histoire tectonique tertiaire, puis présente une carte des unités structurales alpines à la fln du Crétacé, sur la portion des Alpes étudiée ici. La description de coupes-types (chapitre 3) met en évidence divers faciès sédimentaires et de leur paléo-environnement. Une attention particulière est portée aux brèches synsédimentaires et aux formations olistolitiques, dont la genèse s'explique par plusieurs épisodes de démantèlement. Ce chapitre s'achève sur une tentative d'attribution des faciès sédimentaires, qu'ils soient macroscopiques ou microscopiques, à un milieu de dépôt, donc à une profondeur. Des cartes de faciès sédimentaires (chapitre 4) illustrent les situations respectivement à la fin de l'Hettangien, du Carixien, du Toarcien, de l'Aalénien, du Bathonien et de l'Oxfordien. Des cartes d'isopaques vraies permettent d'apprécier le début de la différenciation des aires à forte et à faible subsidence en domaine dauphinois et subbriançonnais. Les faciès sédimentaires restent uniformes jusqu'au Toarcien, mais des aires plus subsidentes que d'autres apparaissent dès le Sinémurien. De plus, des failles synsédimentaires séparent des aires à fortes et à faibles épaisseurs. Les accidents synsédimentaires résultant des distensions liées au rifting limitent diverses structures (chapitre 5) : des demis-blocs basculés, le plus typique étant celui de Bourg d'Oisans; des grabens symétriques, tel celui de Besse; des horsts de grande dimension, comme le Massif du Pelvoux. Enfin, lorsque des évaporites triasiques sont présentes à la base de la la série sédimentaire, des mouvements diapiriques sont initiés, en relation avec la tectonique extensive. Le meilleur exemple se trouve en zone subbriançonnaise dans le Massif du Perron des Encombres. Ces accidents synsédimentaires, de quelque type qu'ils soient, ont tous eu des jeux multiples, à diverses époques. Pour préciser quantitativement les observations précédentes, la subsidence de diverses séries de la transversale est calculée dans le chapitre 6. Le paramètre le plus contraignant à ce stade est la profondeur d'eau à l'époque des dépôts. Celle-là est déterminée à l'aide de deux méthodes: d'une part, grâce aux faciès synsédimentaires, de l'autre, grâce aux caractères morphologiques des fragments de crinoïdes. La subsidence au cours du Lias et du Dogger a lieu en trois étapes, en trois à-coups, le premier au début, le deuxième vers la fin du Lias et le troisième vers la fin du Dogger. Cette subsidence est toujours positive en domaine dauphinois et piémontais. Par contre, elle devient négative vers la fin du Lias en domaine briançonnais et dans une partie du domaine subbriançonnais, qui émergent alors. L'inversion de subsidence, ainsi que les ordres de grandeur des sauts des courbes de subsidence peuvent s'expliquer par un modèle d'extensions multiples non uniformes dans la lithosphère (chapitre 7). A trois reprises, à la fin du Trias, du Lias et du Dogger, une extension rapide a causé un amincissement de la croûte et du manteau lithosphérique, qui se traduit par une subsidence initiale, suivie d'un refroidissement thermique. Le modèle unidimentionnel bicouche permet d'estimer les valeurs des taux d'amincissement, grâce aux contraintes fournies par le chapitre 6. A partir de ces taux, une image possible de la structure profonde de la marge téthysienne peut être dessinée. Parmi les explications possibles de cette image, l'hypothèse d'une zone de cisaillement inclinée soit vers l'Est soit vers l'Ouest est l'une des plus séduisante. En effet, elle permettrait d'expliquer les caractéristiques du fond océanique du domaine ligure, qui apparait à la fin du rifting.

Les grès d'Annot et leurs équivalents latéraux sont étudiés au niveau de leurs affleurements dans le SE des Alpes françaises ( Dôme de Barrot, Haute Tinée,Argentera, Lauzet, Annot..) la vallée de la Stura et Cuneo. Cette étude sédimentologique met en evidence des paléocourants et traite de paléogéographie.

L'analyse des séries de la péninsule équatorienne fondée sur les observations stratigraphiques, sédimentologiques et tectoniques ainsi que des données industrielles (profils sismiques, forages) permet de préciser révolution géodynamique de cette région, l'un des plus anciens champ pétrolier du monde. Trois grandes étapes sont distinguées, avant pendant et après la collision de ce terrain océanique avec l'Amérique du Sud. Durant l'étape pré-collisionnelle (Aptien supérieur - Paléocène supérieur 108-Ma) la région est un domaine océanique ; après mise en place d'une croûte océanique (Pinôn) s'installe un système d'arc insulaire intraocéanique qui tend à émerger et dont les produits alimentent la sédimentation. Ce système entre en collision avec l'Amérique du Sud vers la limite Paléocène-Eocène et subit des déformations et des rotations de blocs qui aboutiront à une émersion généralisée à la fin de l'Oligocène. A partir du Miocène inférieur et jusqu'à nos jours (24-0 Ma) la province côtière équatorienne constitue le système d'avant-arc associé à la subduction de la lithosphère océanique de Nazca sous la plaque américaine. Cette subduction oblique est la cause d'une déformation non homogène. Le domaine côtier est tronçonné par des failles majeures jouant en décrochement (système Guayaquil, Carrizal, La Cruz, Jipijapa) déterminant l'apparition de bassins en transtension caractérisés par une subsidence importante durant le Néogène. La lithosphère qui entre en subduction comporte des dorsales asismiques qui du fait de l'obliquité balayent la marge américaine entraînant d'importants mouvements verticaux.

Ce travail est consacré à la formulation et à la résolution des problèmes de mécanique des milieux poreux dans la situation, courante dans le domaine pétrolier, et susceptible de se produire en génie civil et en géotechnique, dans laquelle le squelette subit une transformation géométrique finie. Comme pour les milieux continus monophasiques (ou "secs"), la prise en compte des transformations finies nécessite d'utiliser un formalisme plus complexe que celui employé dans le cadre familier des petites perturbations. Sur le plan théorique, la principale difficulté réside dans la formulation du comportement, abordée ici en s'appuyant sur l'étude de la thermodynamique du milieu. On présente d'abord (chapitre 1) la modélisation mécanique des milieux poreux due à Biot, et le cadre thermodynamique mis en place par Coussy pour l'étude des milieux continus ouverts. On étudie dans le chapitre 2 la formulation du comportement poroélastique, en portant une attention particulière aux milieux dont le constituant solide est incompressible. Le chapitre 3 compare, pour l'étude de la consolidation et de la compaction unidimensionnelles en poroélasticité, les résultats obtenus en transformation finie avec les résultats d'une modélisation en transformation infinitésimale. Le chapitre 4 est consacré à la formulation du comportement poroélastoplastique en transformation finie. On propose notamment un modèle qui généralise le modèle Cam-Clay aux milieux poreux en transformation finie. Le chapitre 5 présente les principes des méthodes de résolution numérique en poroélastoplasticité finie, et la résolution d'un problème académique simple. En pratique, l'étude des problèmes abordés dans ce travail montre que la prise en compte complète des transformations finies permet d'éviter de commettre des erreurs significatives sans augmenter sensiblement la difficulté de la résolution des problèmes.

L'objet de la thèse est de mettre au point un prototype de modèle 2D capable de simuler l'évolution géométrique d'une coupe de bassin affectée par le jeu de failles. Une modélisation mécanique de la déformation tectonique, fondée sur le principe des calculs de structure, n'est pas poursuivie car cette approche est trop complexe pour être appliquée au domaine des bassins sédimentaires. Au contraire, le modèle cinématique développé, FOLDIS, repose sur des hypothèses simplificatrices de nature purement géométrique qui déterminent entièrement le mode de déformation envisagé. Jusqu'à présent, les modèles cinématiques de bassin, tels que THRUSTPACK, destinés à modéliser la déformation tectonique complexe des bassins d'avant-chaînes de montagne n'incluent pas la prise en compte des effets géométriques de la compaction mécanique par diminution de porosité. D'autres types de modèles de bassin, comme TEMIS, destinés à modéliser les écoulements, la compaction associée ainsi que l'évolution physico-chimique de la matière organique et des fluides hydrocarbures, ne peuvent être appliqués que dans des zones où la déformation tectonique est simple. C'est à dire dans des bassins sans failles obliques actives, dont le jeu entraînerait nécessairement des déplacements latéraux des écailles tectoniques ainsi qu'une déformation conjointe des sédiments. Le développement du modèle cinématique FOLDIS a un double objectif: * Il s'agit de proposer une méthode de calcul des déformations tectoniques qui présente des améliorations par rapport aux modèles cinématiques existants. Les configurations d'application du modèle FOLDIS sont en effet plus étendues que celle du modèle cinématique THRUSTPACK par exemple. Pour illustrer cette affirmation, on peut avancer le simple fait que les géométries des failles présentes dans un domaine d'étude du modèle FOLDIS ne sont pas limitées à être toutes définies avec un pendage orienté dans le même sens . * TI s'agit ensuite de prendre en compte le phénomène de compaction dans le modèle. Comme les objets du modèle FOLDIS sont de nature discrète, ils se prêtent bien à une modification de leur géométrie et à une redéfinition de leur contour. Après chaque stade de l'évolution du bassin, il est possible de proposer un couplage des déformations tectoniques avec les déformations liées à la compaction par diminution de porosité. Ce couplage repose sur un calcul géométrique incrémentaI. On effectue une prise en compte successive de la déformation tectonique puis de la compaction mécanique pour chaque intervalle de temps correspondant à un incrément cinématique.

La prédiction de la stabilité des lits fluidisés (Batchelor,1988) a nécessité l'introduction de nouvelles grandeurs physiques pour décrire les suspensions non-colloïdales, telles la dispersion hydrodynamique et l'élasticité de la suspension. Dans cette thèse, ces grandeurs ont été mesurées pour des suspensions solide/liquide modèles (billes de verre quasi-monodisperses dans des liquides ''proches'' de l'eau) en se plaçant dans des situations expérimentales simplificatrices. Les expériences sont réalisées dans un lit fluidisé (suspension stabilisée par contre-courant), qui permet le contrôle de la concentration par le débit du liquide injecté. La concentration est déterminée par une technique acoustique (mesure de la vitesse du son), avec une précision de l'ordre de 0.1% sur toute la gamme (0

Au cours des deux derniers siècles, le Rhône a connu de fortes modifications de son régime hydrologique et de sa dynamique fluviale, aboutissant à une diminution drastique de la diversité structurelle et fonctionnelle des habitats, à la fois sur le fleuve et ses marges. Un programme de restauration ambitieux du fleuve a ainsi été lancé à la fin des années 1990. Cette thèse s'inscrit dans le suivi des travaux de restauration, entrepris entre 1999 et 2006, sur 18 chenaux latéraux. Elle se fonde sur l'analyse croisée de mesures in situ de la granulométrie du substrat, des épaisseurs de lames d'eau et de sédiments fins dans les chenaux latéraux, de données topographiques et hydrologiques ainsi que d’acquisitions photographiques aéroportées. Nous disposons de données avant travaux pour 12 chenaux latéraux et de 3 à 7 campagnes de mesures post-travaux, couvrant de 5 à 15 années. Afin d'évaluer l'ajustement des conditions hydromorphologiques, la diversité fonctionnelle et la pérennité des chenaux latéraux en tant qu'habitats aquatiques, l'étude s'appuie sur des statistiques et de la modélisation à portée prédictive. Nous démontrons que les patrons granulométriques et les vitesses d'accumulation des alluvions fines peuvent être relativement bien estimés à partir de descripteurs de l'hydrodynamisme des écoulements de crue dans les bras dépendant de leur géométrie (fréquence de connexion amont, contrainte de cisaillement et capacité de reflux). Les relations statistiques empiriques établies indiquent qu'il est possible d'estimer, a priori, l’effet de la modification de la géométrie des bras restaurés sur les patrons granulométriques et la quantité de fines qui s’y déposent. La durée de vie potentielle des bras est également estimée à partir des données acquises et discutée en fonction de différents modèles tendanciels. A l’issue de ces analyses, des outils opérationnels sont ainsi proposés, permettant de guider les futures opérations de restauration de ce type sur le Rhône. / Over the past two centuries, the hydrological regime and the fluvial dynamics of the Rhône River have been highly modified, leading to a drastic decrease in the structural and functional habitat diversity of the main river channel and floodplains. An ambitious restoration project was initiated at the end of the 1990's. This thesis deals with the monitoring of 18 floodplain channels, which were restored between 1999 and 2006. We combined analysis based on grain size of deposits, fine sediment thicknesses, water depth, topographical and hydrological data and airborne imagery. We used pre-restoration data for 12 floodplain channels coupled with between three and seven post-restoration surveys for each channel, ranging from 5 to 15 years after restoration. To assess the adjustment of hydromorphological conditions, the physical functional diversity and the persistence of floodplain channels as aquatic habitats, we used statistical analysis and a modeling approach that allowed us to forecast conditions. Results demonstrate that both (i) grain size patterns and (ii) fine sediment accumulation rates can be predicted using simple hydrologic and/or hydraulic descriptors (upstream overflow frequency, shear stress, back-flowing capacity), which reflect the control exerted by the geometry of floodplain channels on their flooding regime (upstream overflow frequency, shear stress and backflow capacity). Such empirical statistical relationships can be used a priori to estimate the potential effects of different floodplain channel geometries on the propensity to accumulate fine sediment and the grain sizes of this sediment. Estimates of potential ranges of floodplain channel life spans are provided and discussed according to multiple trend models. This research has direct application and provides tools to river managers that will help guide this type of floodplain channel restoration design in the future on the Rhône River.

Dans cette thèse, nous avons développé un code de simulation numérique directe pour l’étude des écoulements particulaires. Le schéma numérique est basé sur une technique de domaines fictifs. Le code est validé sur de nombreux cas test puis nous l’avons utilisé pour étudier la sédimentation de particules bidimensionnelles en milieu confiné. Trois cas ont été analysés : sédimentation d’une particule unique, d’un doublet de particules et d’un grand nombre de particules. Dans le premier cas nous retrouvons le phénomène de survitesse qui apparaît pour une particule excentrée à bas nombre de Reynolds. Nous montrons que cette survitesse est très sensible à l’inertie du fluide : elle diminue lorsqu’on augmente le nombre de Reynolds. Cet effet est retardé par le confinement. Dans le cas d’un doublet de particules, nous retrouvons les comportements complexes observés dans la littérature (hystérésis, cascade sous-harmonique et chaos). Nous montrons qu’une nouvelle série de bifurcations et un nouvel attracteur apparaissent pour des particules plus pesantes. Il s’agit là d’une transition vers le chaos par la voie de la quasi-périodicité. Nous donnons le diagramme de bifurcation étendu. La nouvelle branche correspond à une structure horizontale qui conduit à une sédimentation lente. Dans le cas d’un grand nombre de particules, nous montrons que la vitesse de chute de l’interface fluide-particules suit une loi de type Richardson-Zaki, mais avec un exposant d’environ 4. Comme pour des sphères, la valeur de cet exposant dépend du confinement. Enfin, nous observons un phénomène de blocage, inattendu pour des particules non-cohésives, dû au caractère bidimensionnel de la suspension / In the present thesis, a fully-resolved numerical code has been developed for the analysis of particle-laden flows. A fictitious domain method is used. First, this numerical tool has been validated by using classical benchmarks. It has then been used to simulate the complex sedimentation of particles in three generic two-dimensional configurations: a single particle, a particle pair and a large number of particles in a confined domain. In the first case, the peak-velocity of an off-centred inclusion is recovered at low-Reynolds number. It is shown that this peak-velocity is very sensitive to fluid inertia: the peak-velocity decreases when the Reynolds number increases. This effect is delayed by the confinement. The very complex dynamics of a pair of particles sedimenting in a confined domain, observed in the litterature, is recovered (hysteresis, period-doubling cascade and chaos). It is shown that a new series of bifurcations, leading to a new attractor, emerges when the non-dimensional particle weight is increased. This new transition corresponds to a quasi-periodic route. The extended bifurcation diagram is given. The new branch discovered in this work corresponds to a nearly horizontal particle doublet, with a slow settling velocity. In the case of the settling of large number of particles, a RZ-like law is recovered for the sedimentation velocity of the fluid-particle interface. The exponent is close to 4, in contrast with the case of spheres. Finally, the sedimentation velocity at the end of the settling process is observed to be significantly reduced, like for cohesive sediments. This unexpected behaviour is related to the two-dimensionality of the suspension