Le comportement des matériaux multiphasiques couvre une multitude de phénomènes qui suscitent un grand intérêt dans le domaine scientifique et professionnel. Les propriétés mécaniques de ces types de matériau trouvent leur origine dans les phases dont ils sont composés, leur distribution et interaction. Un nouveau modèle hydrodynamique couplé est présenté dans ce travail de thèse, à appliquer à l'analyse de l'hydrodynamique des milieux granulaires saturés. Le modèle associe la méthode des éléments discrets (DEM) pour la modélisation de la phase solide, avec une formulation en volumes finis, à l'échelle des pores (PFV), du problème de l'écoulement. Une importance particulière est donné à la description de l'interaction entre les phases, avec la détermination des forces fluides à appliquer sur chacune des particule, tout en assurant un coût de calcul abordable, qui permet la modélisation de plusieurs milliers des particules en trois dimensions. Le milieux est considéré saturé par un fluide incompressible. Les pores et leur connectivité est basée sur une triangulation régulière des assemblages. L'analogie de cette formulation avec la théorie classique de Biot est présenté. Le modèle est validé par la comparaison des résultats numériques obtenus pour un problème de consolidation d'un sol granulaire avec la solution analytique de Terzaghi. Une approche pour analyser l'hydrodynamique d'un sédiment granulaire est finalement présenté. La reproduction du phénomène de liquéfaction d'un sol est également présentée.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'interaction entre l'île et le cyclone DINA qui avait bénéficié pour la première fois d'une couverture radar Doppler lors de son passage en Janvier 2002. Des simulations hautes résolutions ont été menées avec le modèle Méso-NH. Il a été montré que la présence de l'île induit une tendance générale à la stabilisation de la circulation cyclonique naturelle en relation avec un affaiblissement du système. Il a aussi été montré que la circulation des vents et la localisation des précipitations sur l'île en cas cyclonique sont entièrement définies par la topographie. De plus une étude approfondie a montré que l'évolution de la structure du mur de l'oeil en interaction avec le relief découlait de perturbations de l'anneau cyclonique de PV par des bandes de PV anticyclonique générées par l'île.

La télédétection radar a déjà montré son fort potentiel dans la caractérisation des états de surface et des processus hydriques. La connaissance de ces paramètres est d'un intérêt fondamental pour mieux quantifier et prévoir la répartition des pluies ainsi que pour modéliser l'érosion des sols. Plusieurs modèles ont déjà été développés (empiriques, analytiques, numériques) mais présentent encore des limitations dans la compréhension du comportement du signal radar. L'objectif de cette thèse est d'apporter des améliorations dans la modélisation de la rétrodiffusion et la description des sols agricoles nus, à l'aide de mesures terrain et d'images radar SAR. Nous avons considéré un profil d'humidité en introduisant un aspect multicouche et utilisé le modèle IEM. Nous avons montré qu'une humidité constante sur les premiers centimètres de la surface ne reflète pas la réalité terrain. Nous avons ensuite pris en compte les poches d'air présentes dans la structuration du sol en redéfinissant la constante diélectrique par l'introduction d'un composé air/sol. Ces développements ont permis de contribuer à l'amélioration des résultats de la simulation, de mieux comprendre le comportement du signal radar et les variations du coefficient linéaire liant le coefficient de rétrodiffusion à l'humidité du sol. Enfin, nous avons effectué une représentation plus réaliste des sols agricoles en incluant des mottes de terre sur les profils. A partir d'un modèle de diffusion électromagnétique numérique, basé sur la méthode des moments, nous avons étudié leur influence sur le coefficient de rétrodiffusion.

The objective of this work is to study the urban climate, mainly by focusing on urban temperature trends. The specific focus is to understand the reasons of increase in minimum temperature through observational and modelling techniques. For this purpose, the temperatures data from 1950 to 2004 measured on several meteorological stations of Pakistan is studied and analyzed. Daily averaged annual and seasonal minimum (Tmin) and maximum (Tmax) temperature data of 37 meteorological observatories of Pakistan (17 urban, 7 town and 13 rural) from 1950 to 2004 is first homogenized and then analyzed. The results show that after 1980s Tmin and Tmax increase faster than the period before 1980s at urban areas. During 1980-2004, the increase in Tmin at major urban stations is observed higher than the smaller towns and rural stations. To understand, the effect of the size of the city, changing land use and the building height on the evolution of minimum and maximum temperatures in urban areas has been studied by using the FVM (Finite Volume Model) model and the simulations are run for three days starting at 00:00 (GMT) on 19th day of each month and ending at 00:00 (GMT) on 22nd day of each month. For each month, 48 possible combinations of simulation scenarios are run (4*4*3) and in total, 576 simulations (48*12) are run for a year. The main results show that Tmin and Tmax increase when urban fraction u, city size r and building height h increase. But it is noticed that Tmax increases more than the Tmin when u increases, Tmin increases more than the Tmax when r increases and Tmin increases more than the Tmax when h increases. Among all urban factors (urban fraction u, city size r and building's height h), city size is the major factor that mainly contributes to increase the minimum temperature more than the maximum temperature in urban areas.

Les eaux et les plantes des zones volcaniques sont souvent très pauvres en sélénium, alors que les teneurs totales observées dans les sols sont normales. Ceci est très spécifique aux zones volcaniques et semble dû aux argiles des sols qui ne sont pas des phylloaluminosilicates comme dans la plupart des autres régions du globe, mais des aluminosilicates tubulaires, les imogolites. Ces minéraux sont dotés d'une très grande surface spécifique (400-1000 m2 g-1 selon la méthode) et réagissent avec les anions de sélénium en formant des complexes de sphère interne, liées par des liaisons covalentes, qui réduisent la mobilité du sélénium en affectant sa biodisponibilité. D'un autre cote, l'interaction de la surface externe de ces nanotubes d'imogolite, similaire a la surface (001) de la gibbsite, avec l'eau a été étudié par des simulations de dynamique moléculaire. Les simulations décrivent une surface plus hydrophobique que celle de la gibbsite, étant l'hydrophobicite induite par la courbure de la structure. Ce résultat a des importantes implications environnementales, car il peut expliquer la formation de complexes organo-minerales entre les aluminosilicates nanotubulaires ou nanoparticulés. Comme dernier résultat, une structure pour la schwertmannite, un oxyhydroxy-sulphate de fer nanoparticulé, a été décrite a partir de données de diffraction de rayons X de haute énergie et des simulations ab-initio.

It is hotly debated about the final closural time and position of the Paleo-Asian Ocean. Some geologists advocated the "Solonker" suture marks the final closural zone in Permian, whereas others insist in middle Paleozoic. Our three study areas, the Hongqi, the Ondor Sum and the Mandula is essential and important to solve those controversies. The litho-tectonic units recognized in the Hongqi-Ondor Sum area include the Hongqi-Ondor Sum mélange belt, the Bainaimiao arc belt, North China Craton and post-orogenic unconformably sedimentary rocks. The Hongqi-Ondor Sum mélange belt experienced two phase ductile deformation and one phase ductile-brittle deformation. D1 is responsible for the regional greenschist foliation S1, elongated mineral lineation L1, and intrafolial fold F1. The kinematic criteria indicates a top-to-the-NW shearing sense. D2 is characterized by various sized of unsymmetrical folds with nearly NE axis corresponding to the NW thrust shearing. D3 formed the regional framework in the Hongqi and the Ondor Sum areas. The Mandula area contains olistostrome sediments, turbiditic sediments and volcano-sedimentary rocks. Detrital zircon grains in sedimentary samples argue the Mandula study area received the southern Bainaimiao arc materials and coeval Permian volcanic erupting materials nearby. The sediments and volcanic rocks in Mandula area subject a nearly NW-SE or N-S compressional shortening. The geological data support that an Early Paleozoic subduction and collsioan, Late Palezoic rifting and rift closure model. The so called "Solonker" ophiolitic fragments indeed are olistostrome. Typical ophiolite components are not observed in the Mandula area.

Cette thèse a pour but d'identifier et de préciser les processus biotiques et abiotiques qui contrôlent le comportement du Ca et plus spécifiquement le fractionnement des isotopes du Ca à l'interface géosphère-biosphère-hydrosphère en combinant différentes études expérimentales (hydroponiques et microcosmes). Les résultats obtenus lors des expérimentations hydroponiques ont permis d'identifier 3 niveaux de fractionnement des isotopes du Ca au sein des végétaux, ces 3 niveaux de fractionnement sont induits par des mécanismes physico-chimiques qui enrichissent les organes de végétaux en 40Ca.Les résultats des expérimentations hydroponiques montrent également que l'évolution de la composition isotopique du Ca de la solution nutritive et des plantes suit une loi de fractionnement des isotopes du Ca à l'équilibre (αplantes/solution nutritive = 0,99858). Les expérimentations abiotiques en microcosmes, quant à elles, indiquent que la dissolution de l'apatite par des acides organiques ou inorganiques n'influence pas la signature isotopique en Ca de la phase dissoute résultante. À l'inverse, lors des expérimentations biotiques en microcosmes, seule l'action combinée des racines de pins et des bactéries sur un substratum d'apatite enrichit la solution qui percole en 44Ca de 0,22‰.

Les processus physiques et chimiques activés pendant le cycle sismique déterminent l'évolution des propriétés mécaniques des failles, à court terme (pendant un séisme) comme à long terme (la récupération des propretés élastiques des roches de faille après un seisme). L'étude des roches de faille naturelles est un moyen pour identifier les processus actives pendant les diverses phases des cycle séismique. En cette thèse, échantillons prévenants de deux failles séismiques sont étudiés: la Faille de San Andreas (California, USA), une faille séismique active, et la faille de Gole Larghe (Alpes Méridionales, Italie), une faille séismique exhumée. La Faille de San Andreas a été forée jusqu'à 2.7km de profondeur. Les échantillons montrent une superposition de: pression-dissolution - hydrofracturation - pression dissolution. La succession des évents est compatible avec la formation de sacs de fluides dans zones de basse perméabilité dans la faille, ou la pression de fluides augmente à cause de le progressif compactage de le gouge de faille, jusqu'à la nucléation de une rupture. La faille de Gole Larghe est une faille exhumée, qui a préservé des pseudotachylytes (roches fondues par le chaleur de friction pendant une frottement séismique) formées à 9 - 11 km de profondeur il y a 30 millions d'années. Deux argumentes sont traités: (i) l'évolution des microstructures des cataclasites associées à les pseudotachylytes, pour identifier les processus qui peuvent porter à la formation de instabilités frictionnelles pendant les premières phases de croissance de une faille. (ii) L'origine des fluides en failles séismiques et pendant la fusion pour friction. La formation de un système de failles à cataclasites permit la percolation de un fluide aqueux de profondeur. La composition isotopique des pseudotachylytes (calculé sans la component de hydratation) est proche à celle des pseudotachylytes reproduites en expériences du laboratoire (sans fluides). La principale source de fluides pendant la fusion pour friction est donc la déshydratation des minéraux hydraté des roches autour de la faille.

La propagation des ondes sismiques dans les milieux poreux multiphasiques présente des enjeux nombreux, tant sur le plan environnemental (risques naturels, géotechnique, pollutions de nappes...) que pour les réservoirs (aquifères, hydrocarbures, stockages de CO2...). L'utilisation des ondes sismiques pour étudier ces milieux se justifie par le fait qu'en se propageant, les ondes sont déformées par le milieu qu'elles traversent et contiennent ainsi des informations aux capteurs sur les phases fluides et solides et sur le squelette poreux. Ce travail de thèse s'intéresse aux caractéristiques des ondes sismiques dans les milieux multiphasiques (plusieurs phases fluides et solides), depuis la description physique jusqu'à la caractérisation des paramètres constitutifs par inversion, en passant par la modélisation numérique 2D de la propagation. La première partie du travail a consisté à décrire la physique des milieux multiphasiques (phase par phase et leurs intéractions dynamiques) en utilisant des méthodes d'homogénéisation pour se ramener à un milieu équivalent défini par sept paramètres. Ainsi, dans des milieux simple porosité saturés et dans des milieux plus complexes (double porosité, partiellement saturés ou visco-poroélastiques), je peux calculer la propagation des ondes sismiques sans approximation. En effet, j'utilise une méthode numérique dans le domaine fréquence-espace qui permet de prendre en compte tous les termes qui dépendent de la fréquence sans approximation. La discrétisation spatiale utilise une méthode d'éléments finis discontinus (Galerkin discontinu) qui permet de considérer des milieux hétérogènes.Je montre notamment que les attributs sismiques (vitesses et atténuations) des milieux poreux complexes sont fortement dispersifs et les formes d'ondes complètes, calculées sans approximation, sont fortement dépendantes de la description physique du milieu. La caractérisation des paramètres poroélastiques s'effectue par inversion. Une méthode en deux étapes a été proposée : la première consiste en une inversion ''classique'' (tomographie, inversion des formes d'ondes complètes) des données (sismogrammes) pour obtenir des paramètres macro-échelles (attributs sismiques). La seconde étape permet de reconstruire, à partir des paramètres macro-échelles, les paramètres poroélastiques micro-échelles. Cette étape d'inversion utilise une méthode d'optimisation semi-globale (algorithme de voisinage). Une analyse de sensibilité montre qu'en connaissant a-priori certains paramètres, on peut inverser avec précision les paramètres du squelette poroélastique ou retrouver la nature du fluide saturant, à partir des vitesses de propagation. En revanche, pour retrouver la saturation en fluide, il est préférable de connaître les atténuations. Deux applications réalistes (monitoring de réservoir et hydrogéophysique) mettent en oeuvre ce type d'inversion en deux étapes et démontrent qu'à partir de données estimées par des méthodes classiques d'imagerie, on peut remonter à certains paramètres poroélastiques constitutifs.

Trois méthodes de télédétection (Lidar, interférométrie radar satellitaire et photogrammétrie aérienne) ont été appliquées pour quantifier les évolutions spatiales et temporelles de deux glissements argileux (Harmalière et Avignonet, situés dans la région du Trièves, Alpes françaises) en complément d'instrumentation in-situ. Une analyse géomorphologique a été réalisée à partir d'ortho-photos (depuis 1948) et du MNT Lidar filtré. Couplée à des reconnaissances géophysiques, elle a montré que la cinématique différente des deux glissements contigus était partiellement contrôlée par la paléotopographie sur laquelle s'est déposée la couche d'argile. La rugosité directionnelle a permis de distinguer les processus d'érosion résultant de mouvements gravitaires et de ravinement. Une technique de corrélation d'images adaptée aux MNT a été développée pour obtenir les vecteurs de déplacement 3D entre deux acquisitions Lidar (2006 - 2009), avec une attention particulière portée à l'évaluation de la qualité des mesures. La carte des déplacements obtenue montre que la zone la plus active du glissement de Harmalière entre 1981 et 2001 est maintenant relativement lente (déplacement <0.4 m en 3 ans), contrairement à d'autres zones proches montrant des mouvements importants atteignant 3m avec une composante rotationnelle. Pour le glissement d'Avignonet, les déplacements déduits augmentent généralement vers le pied du glissement et peuvent atteindre 1 m. La technique des réflecteurs permanents en interférométrie radar a permis de déterminer de nouvelles valeurs de taux de déplacements (entre 1992 et 2000) en 16 points du glissement, qui sont cohérentes avec les données GPS existantes. Le taux moyen de recul à long terme de l'escarpement principal a été estimé à 1-5 cm/an à Avignonet et entre 7 et 14 cm/an à l'Harmalière. La régression du glissement d'Avignonet semble contrôlée par l'érosion du sommet de la couche d'alluvions compactes reposant sur le substratum. La présence d'une paleovallée du Drac sous le pied du glissement de l'Harmalière pourrait expliquer cette différence de cinématique entre les deux glissements.