L'objectif de cette thèse est de caractériser par des approches expérimentales et numériques les effets hydrique, mécanique et hydromécanique dus à la désaturation et la resaturation de l'argilite de l'Est, roche hôte du futur laboratoire souterrain de stockage des déchets radioactifs à Bure (France). Nous présentons des approches expérimentales et numériques pour caractériser le phénomène de transfert hydrique dans l'argilite. Une méthode simple d'identification est proposée, en déterminant la diffusivité hydrique linéarisée à partir de mesures pondérales sur des échantillons (tube mince et plaque mince) soumis à des paliers d'humidité suivant un cycle de désaturation-resaturation. Le transfert hydrique est non-linéaire. Pour interpréter ce phénomène, on établit un modèle numérique non linéaire tenant compte des phénomènes physiques (la conduction hydraulique, la diffusion de vapeur, le changement de phase etc.). On étudie ensuite l'évolution du comportement physique et mécanique de la roche argileuse en fonction de l'humidité imposée, suivant un cycle de désaturation-resaturation par paliers successifs. La déformation hydrique, la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques, les propriétés élastiques, les caractéristiques de rupture et les phénomènes différés dépendent de l'état hydrique de matériau. L'influence de la désaturation et de la resaturation sur "un modèle réduit de tunnel» est étudiée. Pour mettre en valeur l'anisotropie de la roche, on utilise des tubes épais dont l'axe est parallèle ou perpendiculaire à la stratification. Ces tubes sont soumis à des chargements hydriques par ventilation d'air à hygrométrie variable dans leur trou central. Nous utilisons un modèle poroélastique non-linéaire, pour interpréter les phénomènes hydromécaniques anisotropes observés. On montre que les chargements hydriques peuvent conduire à des ruptures de l'éprouvette qui respectent les directions d'anisotropie de la roche, et qui peuvent être interprétées par le modèle hydromécanique comme une violation d'un critère de rupture en contrainte totale de traction. Finalement, des calculs numériques pour les phénomènes engendrés par la désaturation et la resaturation à l'échelle des ouvrages souterrains sont réalisés, par des modèles numériques calibrés à partir de résultats expérimentaux. Des solutions analytiques et numériques par la méthode des éléments finis sont réalisées pour prévoir l'influence de la désaturation et de la resaturation sur le massif d'argilite dans les galeries souterraines.

Après un état de l’art sur l’ensemble des fluxmètres thermiques existants, il a été mis en évidence qu’aucun n’est capable d’analyser le couplage des transferts thermiques et hydriques à cause de leurs imperméabilités. De plus leur semi rigidité les contraint à être utilisés sur des surfaces planes et statiques. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’élaborer un fluxmètre thermique à gradient tangentiel de température à paroi auxiliaire textile (ou fluxmètre thermique textile). Grâce à sa porosité et souplesse, ce fluxmètre thermique textile est capable de mesurer le couplage des transferts thermiques et hydriques avec une perturbation minimale et également d’épouser des formes gauches et déformables. Trois procédés ont été utilisé pour la production des fluxmètres thermiques textiles : une thermopile a été réalisée avec la technologie des électrodes plaquées avec deux méthodes différentes, à savoir additive ou soustractive, et celui-ci a été inséré dans la paroi auxiliaire textile pendant le tissage de cette paroi avec deux orientations différents, à savoir en chaine ou en trame. De plus, l’influence de la paroi auxiliaire textile sur la performance du fluxmètre thermique textile a été étudiée. Deux matériaux différents, à savoir un hydrophile et un hydrophobe, et deux armures différentes, à savoir l’une avec des aspérités et l’autre avec une surface lisse, ont été comparés. Parmi tous les fluxmètres thermiques textiles et références, le fluxmètre thermique conçu avec un matériau hydrophile et une surface lisse donne une sensibilité plus importante. Celle-ci peut être expliquée par sa résistance thermique élevée et son contact optimisé avec la surface de mesure. Il a été observé que le fluxmètre thermique textile avec un matériau hydrophobe est moins influencé par la mesure du couplage des transferts. / After a state of the art on existing heat fluxmeters, it has been demonstrated that they aren’t able to measure the coupling between heat and mass transfers because of their impermeability. Moreover, they can be used just for flat and static surfaces because of their semi rigidity. Thus, the objective of this study is to develop a heat flow meter tangential temperature gradient with a textile auxiliary wall (textile heat fluxmeter). It is able to measure the coupling between heat and mass transfers with a minimum perturbation and it can be used for complex surfaces due to its porosity and flexibility. Three different processes were used to develop textile heat fluxmeters: a thermopile was realized with electroplating technology with two different methods, i.e. additive or subtractive, and it was inserted into the textile auxiliary wall during the weaving process with two different orientations, i.e. weft and warp. Moreover, the influence of the textile auxiliary wall on the textile heat fluxmeters’ performance was studied. Two different materials, i.e. a hydrophilic and a hydrophobic, and two different weaving structures, i.e. with a rough surface and with a flat surface, were compared. Among all the textile and reference heat fluxmeters, the textile heat fluxmeter with hydrophilic material and flat surface gives the highest sensitivity. This can be explained by its higher thermal resistance and optimized contact with the measuring unite. It was observed that the textile heat fluxmeter with hydrophobic material is less influenced by the measurement of the coupling between heat and mass transfers: its behavior is less modified by humidity.

La zone d'enrobage des aciers des structures en béton armé est soumise au cours de la vie de l'ouvrage à l'action de divers agents agressifs (ions chlorure, dioxyde de carbone, etc.) qui sont susceptibles d'entraîner la corrosion des armatures. Dans le cadre de la maintenance de l'ouvrage, une réparation du béton dégradé est généralement imposée afin d'assurer l'intégrité et la sécurité de la structure, et d'en allonger la pérennité. Cette étude s'attache à explorer les transferts hydriques qui limitent l'efficacité de la réparation au cours de l'hydratation du mortier de réparation. L'évolution microstructural et les profils hydriques sont obtenus par des techniques non-destructives comme l'imagerie résonance magnétique (IRM) et la gamma-densimétrie (GD) depuis très jeune âge à 28 jours. La durabilité du béton réparé est concernée. L'effet du séchage est évité dans cette étude. Le mortier isolé d'une même formulation est préparé pour la comparaison du comportement d'hydratation avec le mortier de réparation. Des diverses techniques classiques aident de compléter les résultats obtenus par IRM et GD. Donc le système de réparation est désigné. Les transferts hydriques à l'interface sont visualisés pendant la réparation (0 - 28 jours), afin de permettre une exploration en profondeur sur les mécanismes des couplages physico-chimiques. La réparation plus efficace donc est déterminée par cette méthodologie, en étudiant divers matériaux de réparation, divers états de support (saturé ou séché) et divers conditions environnementaux, etc. De plus, après la réparation (1 - 2 mois), la porosité totale est mesurée par GD ou la porosimétrie par l'intrusion de mercure (PIM). La distribution poreuse est aussi examinée par PIM selon la hauteur du système de réparation. Les indicateurs de durabilité (Cl- et CO2) après la réparation (> 2 mois) présentent l'empêchement de pénétration des ions chlorures et un effet non-évident pour la pénétration du dioxyde de carbone. L'évolution est suivie au fur et à mesure pendant la pénétration, afin d'explorer l'efficacité de la réparation qui s'adresse à une vie de service prolongée. Cette méthodologie pourra être appliquée aussi sur des autres systèmes, où il existe des transferts hydriques. Par exemple, une couche de protection en Béton Fibré à Ultra-haute Performance (BFUHP) sur le béton ordinaire. En conclusion, cette méthodologie en combinant des techniques non-destructifs et destructifs, est un outil d'étudier le système de réparation par un moyen systématique et quantitatif. C'est intéressant de comparer des divers cas. L'efficacité de réparation est étudiée afin d'assurer une durabilité à long terme / The coating area of steel reinforced concrete structures is subjected during service life time to various aggressive agents (carbon dioxide, chloride ions, etc.), which causes corrosion of steel rebars. Concerning the maintenance, repair works of degraded concrete cover are generally imposed to ensure its integrity and structural safety, and to extend long-term durability. This research aims in exploring moisture transfers which limit the efficiency of repair work during mortar hydration. Microstructure evolution and water profiles are obtained by non-destructive techniques such as Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Gamma-Ray Attenuation (GRA) since casting until 28 days. The durability of repaired concrete is involved after the repair procedure. The effect of drying is avoided in this research. Sealed mortar of the same formula is prepared to compare its hydration performance with the repair mortar. Various conventional techniques help to supplement the results obtained by MRI and GRA. The configuration of designed repair systems is shown. Moisture transfers at the interface between the repair mortar and the old concrete are investigated during the repair procedure (0 - 28 days), which allows exploring the mechanisms of physico-chemical couplings. Efficient repair work can be determined for various repair materials, various substrates (initially-saturated or initially-dried), various environmental conditions, etc. Furthermore, total porosity is measured by GRA or by Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) after the repair procedure (1 - 2 months). Pore size distribution (PSD) is also investigated by MIP at different positions within the repair systems. Durability indicators (Cl- and CO2) after the repair procedure (> 2 months) present a prevention of chloride penetration and a non-evident influence on carbonation. Evolution is followed during penetration, in order to explore repair efficiency during prolonged service life time. This methodology could also be applied on various systems where exist moisture transfers. For example, a protective layer of Ultra High Performance Fiber-Reinforced Concrete (UHPFRC) on conventional concrete. In conclusion, this methodology is a tool to investigate the repair systems in a systematic and quantitative way, by combining non-destructive and destructive techniques. It is interesting to compare aforementioned systems. Repair efficiency is investigated in order to ensure a long-term durability

L’objectif est la construction numérique d’un modèle 3D régional de la plaine de Sidi Bouzid permettant la quantification du transfert hydrique et du rôle des crues sur le processus de recharge. Des simulations numériques de l’écoulement ont été réalisées à l’aide de Feflow et validées par des données mesurées in situ. Une conceptualisation des paramètres d’entrée a été réalisée afin de contourner l’absence de données mesurées. L'hétérogénéité de la zone non saturée a un impact significatif sur la variation du flux vertical et la propagation du front d’humidité. Les résultats obtenus en 1D ont été spatialisés à l’échelle de la plaine avec l’objectif de quantifier l’ensemble des flux d’écoulements. L’originalité réside, d’une part, dans la détermination des conditions aux limites appliquées à la surface du sol à partir des hydrogrammes des crues enregistrés et, d’autre part, au modèle conceptuel limitant l’évaporation. Le modèle hydrodynamique a mis en évidence que le bilan hydrique est fortement excédentaire. Les simulations de l’écoulement ont montré que l’approche des épandages de crues au niveau des périmètres surestime la recharge artificielle de la nappe. / The aim of this study is to set up a 3D regional model to quantify water flux in unsaturated-saturated zones and the role of floods on the recharge process. Therefore, numerical flow simulations were conducted using the finite element Feflow that will be validated by measured data. A conceptualization of input parameters was carried out to overcome the absence of measured data. The heterogeneity of the vadose zone have a significant impact on the variation of the vertical flow, the residence time and the propagation of wetting front in the unsaturated zone. The results obtained in 1D were then used to quantify groundwater recharge of the entire area of the study site. The original approach is to derive the time-dependent hydraulic boundary condition of water level at the soil surface of the spreading perimeters by measured flood hydrographs and to develop a limited conceptual model of water uptake by evaporation. The hydrodynamic model showed that the water balance is very important. Flow simulations have shown that the perimeter flooding approach overestimates the artificial recharge of the aquifer.

Les travaux s’inscrivent dans le cadre de la protection contre la propagation d’incendie. On distingue les protections actives,regroupant l’ensemble des actions allant de la détection d’un incendie à l’intervention des secours, des protections passivesparties intégrantes de la structure des bâtiments. Ces protections peuvent être appliquées directement sur les structures à protéger par projection, ou venir les recouvrir au moyen de panneaux plus ou moins épais assemblés. L’assemblage de panneaux permet également de former des conduits de ventilation ou de désenfumage. Les travaux entrepris portent sur la caractérisation du comportement de matériaux minéraux dédiés à la construction sous chargement thermique sévère. Le cas de liants hydratés homogènes fortement perméables est particulièrement étudié et les matériaux à base de sulfate de calcium en est l’illustration. En effet, la faible conductivité thermique et la capacité de chaleur latente du plâtre représentent des critères importantspour limiter dans le temps les transferts thermiques. Cependant, son utilisation est limitée par ses faibles propriétésmécaniques. Afin d’identifier et de comprendre les différents mécanismes entrant en jeu lors d’une élévation de température de type incendie, une caractérisation multi-échelle a été développée sur des matériaux à base de gypse. Les travaux sont réalisés avec un plâtre pris fabriqué à partir d’un hémihydrate β naturel gâché à l’eau. A la micro-échelle, la composition du produit de base et ses propriétés thermiques ont été étudiées. Une attention particulière a été portée à lidentification des cinétiques de changements de phases. A la méso-échelle, une caractérisation mécanique et structurale est réalisée à température ambiante. Des essais thermogravimétriques sont également développés : (i) sur des échantillons cylindriques en condition isotherme, ce qui permet d’y associer une analyse dilatométrique et une caractérisation après refroidissement des résistances mécaniques et de la porosité ; (ii) sur des échantillons sphériques, à rampe de chauffe imposée, pour étudier les cinétiques de transferts pour une chauffe isotrope. Le rôle de la micro-échelle est mis en avant pour chaque configuration.A la macro-échelle, nous travaillons avec des panneaux plans dont une des faces est sollicitée thermiquement par élévationde température normalisée : ISO 834. La configuration d’étudeest horizontale. Une caractérisation du comportementthermique, hydrique, chimique, structurale et mécanique est alors mise en oeuvre. L’analyse du comportement espacetempspermet de distinguer l’influence de la température dansl’avancement de la déshydratation mais également le rôle desvitesses de chauffe et de la micro-échelle. Ces travaux se terminent par la caractérisation multi-échelle de mélanges plâtre-fumée de silice. Ces formulations permettent notamment d’améliorer la tenue du matériau à haute température et ainsi de prolonger la durée de protection / The presented works is part of the study of protection against fire propagation. Two kinds of protections are distinguished : active protection, from detection to help the interventions of the firemen and passive protection. Passive protection is directly linked to the building structure. This protection can be directly applied to the structures to protect by projection or can be used under panel-forms to recover them. The layout of those panels can constitute ventilation ducts and smoke extraction ducts. Present research works focuses on the characterisation of the behaviour of mineral materials dedicated to the construction under severe thermal load. Homogeneous hydrated and highly permeable binders are particularly studied like material based on calcium sulphate. Indeed, the low thermal conductivity and the capacity of latent heat of the plaster are important criteria to delay the thermal transfers. However, its use is limited due to its low mechanical properties. To identify and understand mechanisms involved during a fire event, a multi-scale characterisation is developed with the use of gypsum-based materials. Works have been undertaken with gypsum, prepared from a natural β-hemihydrate mixed with water. At micro-scale, the composition of raw material and its thermal properties are studied. A particular attention was carried out the identification of the kinetics of phases transitions. At meso-scale, mechanical and structural characterisations are carried out at room temperature. Thermo-gravimetric tests are also developed: i) on cylindrical samples under isothermal condition. Shrinkage properties are analysed and, after cooling, a characterisation of the mechanical resistances and the porosity are carried out; ii) on spherical samples, with imposed heating rate, to study the transfer kinetics under isotropic temperature increase. The contribution of micro-scale is highlighted for each configuration. At macro-scale, investigations are done with plasterboard from which one face is exposed to a normalized temperature rise (ISO 834). The retained configuration is horizontal. The behaviour is described by a combined study of thermal, hydric, chemical, structural and mechanical properties. The space-time behaviour analysis allows distinguishing the influence of the temperature on the dehydration progress but also the influence of the heating rate and the micro-scale. The last part is dedicated to a multi-scale characterisation of plaster and silica fume mixtures. Those formulations allow in particular to improve the fire behaviour of the material and so to extend the duration of protection

L'objectif principal de cette thèse concerne l'étude, par une approche multi-échelles, du comportement des<br />pierres de monuments vis-à-vis de l'altération. A cet effet, deux pierres de construction, dont certaines<br />caractéristiques principales sont assez semblables (porosité totale, résistance mécanique), sont étudiées : le<br />tuffeau blanc, qui est largement employé dans les constructions des châteaux du Val de Loire, et la pierre de<br />Sébastopol, utilisée en région parisienne.<br />Tout d'abord, une observation des différents types de dégradations rencontrées in-situ ainsi qu'une étude de<br />cas sur une pierre altérée naturellement ont été réalisées afin de constater les différentes morphologies<br />d'altération et d'identifier l'eau comme l'agent vecteur des phénomènes d'altération.<br />Dans un second temps, une caractérisation multi-échelles a été effectuée afin de bien connaître les pierres<br />non-altérées du point de vue de leur constitution minéralogique, de la morphologie de leur milieu poreux et<br />surtout de leurs propriétés hydriques (capacité de rétention d'eau, propriétés de transfert de l'eau sous forme<br />liquide et sous forme vapeur) mais aussi de leur comportement hydro-mécanique.<br />La dernière partie est consacrée à la durabilité des pierres mises en oeuvre avec l'étude de la compatibilité<br />entre les matériaux utilisées en restauration. En effet, le comportement des pierres durant un essai de<br />vieillissement artificiel est comparé. La réaction différente des deux pierres face à ce même processus<br />d'altération est à relier directement à leurs propriétés hydriques très dissemblables. En dernier lieu, une<br />formulation et une caractérisation hydro-mécanique de joints de mortier est proposée afin de déterminer les<br />critères de compatibilité entre le mortier et les pierres en oeuvre.

Les travaux s'inscrivent dans le cadre de la protection contre la propagation d'incendie. On distingue les protections actives,regroupant l'ensemble des actions allant de la détection d'un incendie à l'intervention des secours, des protections passivesparties intégrantes de la structure des bâtiments. Ces protections peuvent être appliquées directement sur les structures à protéger par projection, ou venir les recouvrir au moyen de panneaux plus ou moins épais assemblés. L'assemblage de panneaux permet également de former des conduits de ventilation ou de désenfumage. Les travaux entrepris portent sur la caractérisation du comportement de matériaux minéraux dédiés à la construction sous chargement thermique sévère. Le cas de liants hydratés homogènes fortement perméables est particulièrement étudié et les matériaux à base de sulfate de calcium en est l'illustration. En effet, la faible conductivité thermique et la capacité de chaleur latente du plâtre représentent des critères importantspour limiter dans le temps les transferts thermiques. Cependant, son utilisation est limitée par ses faibles propriétésmécaniques. Afin d'identifier et de comprendre les différents mécanismes entrant en jeu lors d'une élévation de température de type incendie, une caractérisation multi-échelle a été développée sur des matériaux à base de gypse. Les travaux sont réalisés avec un plâtre pris fabriqué à partir d'un hémihydrate β naturel gâché à l'eau. A la micro-échelle, la composition du produit de base et ses propriétés thermiques ont été étudiées. Une attention particulière a été portée à lidentification des cinétiques de changements de phases. A la méso-échelle, une caractérisation mécanique et structurale est réalisée à température ambiante. Des essais thermogravimétriques sont également développés : (i) sur des échantillons cylindriques en condition isotherme, ce qui permet d'y associer une analyse dilatométrique et une caractérisation après refroidissement des résistances mécaniques et de la porosité ; (ii) sur des échantillons sphériques, à rampe de chauffe imposée, pour étudier les cinétiques de transferts pour une chauffe isotrope. Le rôle de la micro-échelle est mis en avant pour chaque configuration.A la macro-échelle, nous travaillons avec des panneaux plans dont une des faces est sollicitée thermiquement par élévationde température normalisée : ISO 834. La configuration d'étudeest horizontale. Une caractérisation du comportementthermique, hydrique, chimique, structurale et mécanique est alors mise en oeuvre. L'analyse du comportement espacetempspermet de distinguer l'influence de la température dansl'avancement de la déshydratation mais également le rôle desvitesses de chauffe et de la micro-échelle. Ces travaux se terminent par la caractérisation multi-échelle de mélanges plâtre-fumée de silice. Ces formulations permettent notamment d'améliorer la tenue du matériau à haute température et ainsi de prolonger la durée de protection

L'analyse des transferts hydriques inter-bassins massifs a fait l'objet de très peu de travaux en économie. Pourtant ce type d'intervention hydraulique est amené à prendre une place croissante dans la gestion de l'eau au 21ème siècle, dans les pays en développement et émergents notamment. Nous proposons une analyse du point de vue de l'économie écologique d'un projet de transfert hydrique dans le Nordeste du Brésil, en nous penchant particulièrement sur les conflits socio-environnementaux qui ont lieu autour de ce mégaprojet. Dans un premier temps, nous caractérisons le style de développement économique adopté par le Brésil au tournant du siècle ainsi que la dynamique des réformes de la gestion de l'eau. Nous tirons de cette analyse une présentation stylisée du complexe eau-économie nécessaire à la compréhension du projet étudié. Nous discutons ensuite les apports et limites des approches économiques (économie du bien-être, économie de la soutenabilité) de l'évaluation des grands projets hydrauliques. Nous mettons en exergue la spécificité des transferts inter-bassins massifs et proposons une grille d'analyse économique adaptée. Dans une troisième partie, nous approfondissons les conflits socio-environnementaux qui ont eu lieu autour du projet de transfert. Nous proposons une analyse en termes de justice environnementale ainsi qu'une modélisation de type institutionnaliste du conflit et de ses répercussions. / The analysis of massive inter-basin water transfers has been scarcely developed within the discipline of economics. Though, this kind of hydraulic engineering is bound to be ever more widepsread in the 21st century, in particular in developing and emerging economies. We propose an analysis of a water transfer project in Norhteastern Brazil from an ecological economic point of view. We especially investigate the socio-environmental conflicts that take place around this megaproject. In the first place, we characterise Brazil's current style of economic development at the turn of the century, as well as the dynamics of water sector reforms. From such an analysis, we draw a stylised presentation of the water-economy nexus which we deem necessary for the understanding of the project. We then discuss the scope and limits of economic approaches (welfare economics, sustainability economics) to the assessment of large scale water projects. We put an emphasis on the specific features of massive inter-basin water transfers and we propose a suitable economic framework. In a third part, we analyse the socio-environmental conflicts that took place in relation with the transfer project. We propose an environmental justice analysis as well as an institutionalist modeling of the conflict and its impacts.