Dissertations / Theses on the topic 'Porosité – Mesure'

L’objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes d’imprégnation en milieux fibreux à double échelle de pores. Comme tout procédé consistant en une injection de liquide dans une préforme fibreuse, le procédé RTM est susceptible de générer des défauts de type vide. Ces défauts peuvent provoquer un abattement des propriétés mécaniques finales. Afin de répondre à cette problématique de création de vides en cours d’infiltration, des dispositifs expérimentaux originaux ont été mis au point pour mesurer la saturation dans des milieux fibreux. Des capteurs ont été développés, basés sur les propriétés électriques des matériaux : la conductivité et la permittivité. Les résultats obtenus montrent une dépendance de la saturation vis-à-vis du nombre capillaire. Différents mécanismes de création et de transport des vides ont ainsi pu être analysés. Ces données ont ensuite été corrélées aux mesures de pression en fonction de la position. L’évolution de la pression capillaire a été prise en compte en fonction du nombre capillaire pour caractériser au mieux les infiltrations étudiées. L’ensemble des données obtenues sur la saturation et la pression sont combinées pour proposer une nouvelle analyse de la perméabilité des milieux fibreux à double échelle de pores. Deux notions de perméabilité sont validées, à savoir la perméabilité géométrique en tant que caractéristique intrinsèque de la préforme et la perméabilité relative comme caractéristique dépendante de la saturation
The objective of this thesis is to contribute to a better understanding of the mechanisms during the impregnation in a dual scale porous media. As any process consisting in an injection of liquid into a fiber preform, RTM process is prone to have void type defects. Those defects may lead to a reduction of the final mechanical properties. To address this problem of void creation during infiltration, original experimental devices have been designed to measure the saturation in fibrous media. Sensors have been developed based on the electrical properties of materials: conductivity and permittivity. The saturation results show a dependency with the capillary number. Different mechanisms for the creation and transport of voids have been highlighted. These data are then correlated with pressure measurements. The evolution of the capillary pressure as a function of the capillary number has been introduced to characterize properly the impregnations. The correlation of all the data concerning saturation and pressure allows us to propose a new analysis of the permeability in dual scale porous media. Two concepts of permeability are defined: the geometric permeability as an intrinsic characteristic of the preform and the relative permeability as a function of the saturation

Résumé : La maitrise de la qualité constitue le principal obstacle à une adoption plus accrue des procédés de fabrication additive. L'analyse des données, la modélisation des processus physiques, la mesure des pièces et l'évaluation métrologique sont de plus en plus utilisées pour obtenir une meilleure qualité. Cependant, il existe encore des défis importants en matière de modélisation, de calcul et de mesure en raison du large éventail de paramètres impliqués qui affectent la qualité de la pièce finale.Dans cette thèse, nous proposons de remédier à certaines des limitations liées à la qualité des pièces en fabrication additive. Nous proposons une approche de modélisation prédictive pour effectuer la caractérisation de la porosité et déterminer la plage des paramètres de fabrication en fonction d'un ensemble restreint de données collectées.L'approche systématique de modélisation proposée utilise les processus Gaussiens (GP) pour permettre des prédictions sur l'ensemble de l'espace expérimental en fonction de données de mesures. Le modèle proposé exploite une fonction covariance, de l'inférence bayésienne, et des chaînes de Markov pour estimer les paramètres du modèle, à partir des données acquis. Les données sont générées à partir d’un plan d'expérience et d'un protocole d'analyse d'images par tomographie. Pour une mise en œuvre efficace de cette approche, nous mettons en avant de corrélations entre les conditions du processus de fabrication et les caractéristiques du produit. Ces caractéristiques clés (KCs) sont évaluées en fonction de leur importance et sont ordonnées hiérarchiquement d'un point de vue statistique
Abstract : Quality control remains the main barrier for broader adoption of Additive Manufacturing processes. Data analytics, physical process modelling, part measurement and metrological assessment, are more and more used to achieve better quality. However, there are still significant modeling, computational, and measurement challenges stemming from the broad range of the involved parameters affecting the quality of the final part.In this thesis, we focus on overcoming some of these quality-related limits. We propose a predictive modeling approach to perform porosity characterization and to determine the range of manufacturing working conditions based on a limited set of previously collected data.The proposed systematic modeling approach uses Gaussian Process (GP) to map the entire experimental space based on limited predetermined measured points. GP integrates a covariant function, which uses statistical bayesian inference coupled with Markov Chain to estimate model parameters, based on the collected data. These data are generated based on a proposed experimental design and CT scan image analysis protocol. Finally, and for an efficient implementation of approach, we benefit from establishing correlations between the manufacturing process conditions and the product’s features, based on Key Characteristics (KCs) while considering the whole value chain in AM. These KCs are evaluated based on their importance and ordered hierarchically from a statistical point of view

Parmi la multitude des données pétrophysiques utilisées pour décrire une formationgéologique, certaines permettent spécifiquement d'en prédire la capacité de production,à savoir : la porosité, la perméabilité intrinsèque et le coefficient de Klinkenberg.Dans le cas particulier des gas shales, ces trois propriétés essentielles sont extrêmementdifficiles à mesurer précisément, compte tenu de la complexité de cesroches. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de travaux menés au laboratoire I2M départementTREFLE, sur l'analyse et l'amélioration de la méthode Pulse Decay, quiconstitue la méthode de mesure transitoire classiquement utilisée dans l'industriepétrolière pour identifier une ou plusieurs des propriétés d'intérêt. Les multiplespoints faibles de la méthode Pulse Decay sont ici présentés, de même que les pointsforts de la nouvelle méthode issue du perfectionnement de la méthode Pulse Decay,à savoir la méthode Step Decay, développée au laboratoire I2M et brevetée en partenariatavec TOTAL. Plus précisément, les performances de la méthode Step Decaysont ici étudiée aussi bien numériquement qu'expérimentalement, en condition homogène,comme en condition hétérogène. Ce manuscrit fournit également les résultatsd'une analyse portant sur la méthode Pulse Decay sur broyat, qui forme une alternativepossible à la méthode Pulse Decay sur carotte mais dont la fiabilité est fortementremise en question
Among the multitude of petrophysical data used to describe a geological formation,some of them allow specifically to predict the production capacity, namely: the porosity,the intrinsic permeability and the Klinkenberg coefficient. In the particular case ofgas shales, these three essential properties are extremely difficult to measure precisely,because of the complexicity of these rocks. This thesis is the continuity ofworks led in I2M laboratory-TREFLE department, on the analysis and the improvementof the Pulse Decay method, which is the classical transient method of measurementused in the oil&gas industry to identify one or several of the properties ofinterest. The numerous weaknesses of the Pulse Decay method are here presented,as the strengths of the new method derived from the improvement of the Pulse Decaymethod, namely the Step Decay method, developed in I2M laboratory and patentedin partnership with TOTAL. More exactly, the performances of the Step Decaymethod are here studied numerically as well as experimentally, in homogeneouscondition, as in heterogeneous condition. This manuscript provides also the results ofan analysis dealing with the Pulse Decay method on cuttings, which forms a possiblealternative to the Pulse Decay method on plug but which reliability is highly questioned

Une étude multi-échelle du gonflement d’une smectite en milieu confiné est proposée par une analyse de la pression de gonflement et de la porosité à différentes échelles (inter-agrégat, inter-particulaire, interfoliaire). Un dispositif spécifique, œdo-tomomètre, est conçu pour assurer le suivi couplé de la pression de gonflement et de la porosité inter-agrégat identifiable par microtomographie de rayon X (taille > 5 µm). D’autres analyses par adsorption de gaz et en microscopie permettent de caractériser la porosité à plus petites échelles. Différents types de fluides sont utilisés pour hydrater les éprouvettes afin de contrôler les composantes cristalline et osmotique du gonflement (solutions de NaCl à différentes forces ioniques et solution de méthacrylate de méthyle (MMA)). Les résultats obtenus en comparant notamment les éprouvettes hydratées par des solutions ioniques de NaCl à celles hydratées par du MMA montrent que l’évolution de la pression de gonflement et la réorganisation de la microstructure (diminution en taille de la porosité inter-agrégat, fractionnement possible des particules) sont intimement liées. Par ailleurs, ces résultats comparés à ceux calculés par des modèles phénoménologiques (BExM par exemple, modèle de Barcelone pour les sols gonflants) sont assez bien corrélés
A multi-scale investigation of the swelling behaviour of a purified bentonite under constrained conditions is carried out by a monitoring of the swelling pressure and the porosity evolution at various scales (inter-aggregate, inter-particle, interlayer). A specific oedometer, oedo-tomometer, has been designed to monitor both the swelling pressure and the inter-aggregate porosity evolution deduced from microfocus X-ray computed tomography measurements (size higher than 5 µm). Further investigations of the porosity at lower scale were conducted at various stages of the swelling process by gas adsorption mainly and transmission electron microscopy. Various fluids were used for specimen hydration to control either crystalline swelling or osmotic swelling (NaCl solutions at different ionic strengths and methyl methacrylate (MMA) solution). The results, which combined both swelling pressure measurements and quantification of microstructure evolution upon hydration for the two different solutions, give sound understanding on the development of osmotic and/or crystalline swelling and their relative impact both on the microstructure and on the magnitude of the macroscopic swelling pressure of compacted smectites. Furthermore, these results compared to calculated results (BExM for example) shows similar evolutions

Un matériau hétérogène est constitué de plusieurs phases solides, de pores et d'interfaces. De nombreux modèles décrivent la conductivité thermique équivalente de matériaux poreux ou multiphasés. En revanche, il existe peu d'informations sur l'effet des joints de grains. Nous avons donc concentré notre étude sur l'effet de la porosité sur la conductivité ainsi que sur l'estimation de la résistance thermique des joints de grains dans l'alumine, l'oxyde d'étain et la magnésie. Nous avons obtenu des valeurs comprises entre 0,7 et 2,2. 10-8 m2. K. W-1 pour les trois systèmes. Afin de s'affranchir de la contribution des pores à la résistance, une correction est apportée par le modèle de percolation dont le choix a été guidé par une étude en simulation numérique de l'impact de la forme de la porosité sur la conductivité. La dernière partie présente une expérience de mesure locale de conductivité thermique appliquée à des fibres aussi bien monocristallines que céramiques polycristallines
A heterogeneous material consists of a mixture of solid phases, pores and interfaces. Many models describe the equivalent thermal conductivity of porous or multiphase material. On the other hand, there is little information concerning the effect of the grain boundaries. We have therefor examined the relation between the porosity and the grain boundaries with conductivity and in particular we have evaluated the thermal resistance of the grain boundaries in alumina, tin oxide and magnesia. Values in the range 0. 7 to 2. 2 10-8 m2. K. W-1 were obtained for the three materials. In order to eliminate the contribution of the pores on resistance, a correction is made by the effective medium percolation theory. This choice was guided by a study in computer simulation of the effect of the porous structure on conductivity. The last part presents an experiment of local measurement of thermal conductivity applied to single crystal fibers as well as polycrystalline ceramics

Cette étude vise à améliorer la compréhension d’un phénomène observé lors de l’exploitation de réservoir de stockage de gaz naturel : la venue de sable dans le puits de forage. Cette venue de sable peut être due à des facteurs structurels ou à une fatigue du matériau suite aux cycles de pression de gaz. Ce travail se concentre sur l’aspect comportement du matériau et il est composé de plusieurs parties complémentaires. Le critère de rupture de type Drucker-Pragger est identifié en contrainte effective triaxiale sans pression de pore. Son utilisation avec pression permet ensuite d’évaluer la pression de gaz critique entrainant la rupture. Cette pression est ensuite appliquée à 80% de sa valeur pour observer si des phénomènes différés peuvent survenir. On a en effet obtenu la rupture dans plusieurs cas après avoir maintenu cette pression pendant un long laps de temps et montré que les cycles de pression endommageaient significativement le matériau. En parallèle, la perméabilité du matériau sous contrainte axiale décroît constamment, malgré sa dilatance, ce qui selon nous, confirme la venue de sable. Enfin nous avons montré que l’endommagement du matériau accroît notablement sa légère anisotropie naturelle et s’accompagne d’un impact très clair sur les couplages poro-mécaniques (coefficient de Biot). Cette partie du travail donne ainsi des outils qui pourraient être utilisés dans la description des effets structuraux induits par les variations de pression de gaz autour du forage
This study aims to improve the understanding of the phenomenon of sand production around borehole during exploitation of natural gas storage. The source of sand may be due to structural factors or fatigue of the material because of the cyclic injection and extraction of gas pressure. This work focuses on the mechanical behaviors, transport properties and poromechanical proprieties of a sandstone. The Drucker-Pragger failure criterion is identified with triaxial effective stress without pore pressure. It can be used to evaluate the critical gas pressure causing rock failure at constant confining pressure and deviatoric stress. 80% of the critical gas pressure is then applied to observe whether different phenomenon will occur. Several cases of rupture are obtained after maintaining this gas pressure for a long time and cyclic loading-unloading of gas pressure damages the material significantly. At the meantime, the permeability of the material under axial stress decreases constantly even at volumetric dilatation stages which confirms the phenomenon of sand production. Finally, we find that mechanical damage increases its slightly natural anisotropy and it has a very significant influence on the poro-mechanical behaviors (Biot’s coefficient). This part of the work can be used to describe the structural effects induced by gas pressure variation around the borehole

Cette etude tente de mettre en evidence deux aspects complementaires a prendre en compte lors de la compression des poudres. La premiere partie montre l'interet de caracteriser les materiaux pulverulents: sialon, nitrures d'aluminium, ferrite et alliage fer-cuivre au moyen de la porosimetrie a mercure, et permet de connaitre la porosite des comprimes. Une relation etroite a pu etre mise en evidence entre la morphologie d'une poudre et son comportement a la compaction. Dans la seconde partie, l'auteur montre l'interet d'appliquer une impulsion ultrasonore pendant la compression des poudres. L'etude de l'assistance ultrasonore de la compaction a permis d'optimiser les conditions d'application des ultrasons et de montrer l'existence d'une pression critique dont la determination est indispensable pour toute application benefique des ultrasons au cours de la compaction des poudres. On montre a partir de ces resultats l'impact favorable des ultrasons sur la densite des comprimes sialon, de ferrite de manganese-zinc, de nitrure d'aluminium et d'alliage fer-cuivre

L'inspection ultrasonore de pièces composites est une problématique d'importance au regard de l'utilisation croissante de ces matériaux dans l'industrie aéronautique. La porosité est habituellement évaluée à travers une mesure d'atténuation qui mène à l'estimation d'un taux global de porosité. Cependant la répartition spatiale des pores est également une donnée d'importance. Une méthode numérique modélisant la propagation des ondes élastiques en milieu complexe a été implémentée. L'inspection ultrasonore de composites renfermant de la porosité maîtrisée peut, en particulier, être simulée. Parallèlement une méthode inverse permettant de reconstruire la position et la forme de défauts a été développée. L'interprétation physique de cette méthode a révélé une analogie avec la physique du retournement temporel. Les résultats d'imagerie présentés montrent l'efficacité de la méthode dans diverses configurations. D'autre part des résultats d'analyse temps-fréquence-énergie montrent la possibilité de détecter des zones poreuses localisées dans l'épaisseur du matériau.

Les couplages hydro-mécaniques et chimiques des matériaux cimentaires revêtent une grande importance pour la durabilité d'un ouvrage soumis à des sollicitations complexes, tel que le stockage souterrain de déchets nucléaires. Les travaux présentés se focalisent sur des mortiers et des pâtes de ciment à deux rapports eau sur ciment. Les couplages entre des sollicitations hydriques par séchage, des sollicitations hydro-chimiques par lixiviation, et le comportement mécanique du matériau notamment d'un point de vue de l'endommagement et des variations dimensionnelles, sont traités. En outre, l'approche expérimentale s'attache à caractériser les phénomènes physiques à plusieurs échelles. Microscopiquement, la caractérisation du réseau poreux des matériaux est réalisée par isothermes de désorption et d'intrusion mercure. Puis une étude 4D des liens entre lixiviation et fissuration est menée par microtomographie par rayons X (résolution: 5 µm). L'effet du retrait empêché par déformations différentielles entre granulats et matrice cimentaire est mis en évidence dans l'apparition de la fissuration. En outre, la présence d'une préfissuration accélère la dégradation. Macroscopiquement, le retrait lié au séchage lent de matériaux a été quantifié et modélisé par approche poromécanique. De plus, une microfissuration, répartie au sein du matériau, engendre plus de perturbations sur la désorption que quelques macrofissures localisées. Enfin, la résistance en traction par fendage est modifiée par le séchage, par une compétition entre le confinement de l'éprouvette, la fissuration induite et les granulats. Le comportement en traction directe a fait l'objet d'études préliminaires
To determine the hydro-mechanical and chemical behaviour in cementitious materials is a key point to predict the durability of a structure submitted to complex stresses, such as the radioactive waste underground disposaI. This work is performed on mortars and cement pastes, with two distinct water-to-cement ratios. Coupling between hydric stresses by drying, hydro-chemical effect of calcium leaching, and the mechanical behaviour of the material, with a focus put on damage and strains evolution, are studied. Moreover, the experimental approach tries to characterize the physical phenomenons with a multi-scale view. From microscopic aspects, the characterization of the porous network is obtained by means of desorption isotherms and mercury intrusion. The influence of the W/C ratio is highlighted. Then, in a 4D approach of coupling effects between calcium leaching and cracking is conducted with X-ray microtomography (resolution: 5 µm). The restrained shrinkage due to differential strains in aggregates and cementitious matrix is shown as the cause of microcracking. ln addition, a pre-cracking increases the chemical degradation of the material. From macroscopic aspects, the shrinkage due to a smooth drying is experimentally determined, and a poromechanical model is then proposed. The diffuse microcracking effects appear to have more importance on the desorption than several localized macrocracks. Finally, the decrease in the saturation of the material modifies the splitting tensile strength. This could be due to a competitive effect between shrinkage, stresses and the influence of the aggregates in the cracking energy. Some preliminary tests are also conducted in direct tension

Le radon, gaz radioactif naturel omniprésent à la surface du globe, représente un problème de santé publique dans les habitaions reconnu par l'Organisation Mondiale de la Santé et la Commission Internationale de Protection Radiologique. Il est donc très important de pouvoir mesurer le potentiel d'un matériau (de construction au sol) à libérer des atomes de radon depuis la matrice cristalline vers l'atmosphère. Notre travail concerne uniquement le terme source qui est l'émanation : passage de l'atome de la matrice cristalline vers l'espace poreux (l'autre étape étant l'exhalation, qui est le transport de l'espace poreux vers l'atmosphère). Nous avons voulu comprendre dans quelles conditions il était possible de prévoir l'émanation du radon à partir de grandeurs expérimentalement mesurables sur des phases minérales. Ainsi, la schématisation du matériau poreux a conduit à l'élaboration de deux modèles complémentaires. Le premier représente le pore par l'espace entre deux matrices cristallines, semi-infinies, planes et parallèles. Dans une nouvelle et originale approche, le second modèle décrit le matériau comme un édifice construit par l'empilement de particules sphériques. . .

Cette thèse décrit de nouvelles méthodes pour caractériser des milieux poreux à partir de fragments dispersés de taille millimétrique. Les mesures concernent des propriétés pétrophysiques fondamentales : perméabilité, porosité, propriétés capillaires et électriques. La perméabilité est détermminée par une méthode originale, à partir de l'écoulement transitoire d'un fluide visqueux dans les fragments et d'un modèle numérique. La tortuosité du milieu (facteur de formation) est obtenue à partir d'une mesure électrique et d'un modèle de construction en milieu hétérogène. Les méthodes développées ont été validées avec un bon accord avec des déblais de roche de propriétés connues. Les applications sont multiples : utilisation des déblais de forage pour caractériser les réservoirs souterrains (champs pétroliers, hydrologie), mesures sur les roches consolidées peu perméables (argilites, marnes) et la caractérisation de tout autre milieu poreux naturel ou artificiel.

En centrales nucléaires, un accident grave est une séquence très peu probable d’événements durant laquelle des composants du réacteur sont significativement endommagés, par interactions chimiques et/ou fusion, à cause de très hautes températures. Cela peut mener à des rejets radiotoxiques dans l’enceinte et à une entrée d’air dans le réacteur. Dans ce contexte, ce travail de thèse mené chez EDF R&D visait à modéliser la détérioration du gainage combustible, en alliages de zirconium, en conditions accidentelles : haute température et soit vapeur soit mélange air-vapeur. L’objectif final était d’améliorer la simulation par le code MAAP de l’oxydation du gainage et de la production d’hydrogène, en particulier pendant un renoyage avec de l’eau. Dû à l’épaississement progressif d’une couche de ZrO2 dense et protectrice, la cinétique d’oxydation du Zr en vapeur à hautes températures est généralement (sous-)parabolique. Cependant, à certaines températures, cette couche d’oxyde peut se fissurer, devenant poreuse et non protectrice. Par ce processus de « breakaway », la cinétique d’oxydation devient plus linéaire. De plus, l’augmentation de température peut mener les matériaux du réacteur à fondre et à se relocaliser dans le fond de cuve dont la rupture peut induire une entrée d’air dans le réacteur. Dans ce cas, l’oxygène et l’azote réagissent avec les gaines pré-oxydées, successivement par oxydation du Zr (épaississant la couche de ZrO2), nitruration du Zr (formant des particules de ZrN) et oxydation du ZrN (créant de l’oxyde et relâchant de l’azote). Ces réactions auto-entretenues relancent la fissuration du gainage et de sa couche de ZrO2, induisant une hausse de sa porosité ouverte. Afin de quantifier cette porosité du gainage, un protocole expérimental innovant en deux étapes a été défini et appliqué : il consistait à soumettre des échantillons de gainage en ZIRLO® à diverses conditions accidentelles pendant plusieurs durées puis à des mesures de la porosité ouverte par porosimétrie par intrusion de mercure. Les conditions de corrosion comprenaient plusieurs températures allant de 1100 à 1500 K ainsi que de la vapeur et un mélange air-vapeur 50-50 mol%. Pour les échantillons de ZIRLO® oxydés en vapeur, sauf à 1200 et 1250 K, les transitions de cinétique n’ont pas lieu et la porosité ouverte reste négligeable au cours de l’oxydation. Cependant, pour les autres échantillons, corrodés en air-vapeur ou oxydés en vapeur à 1200 ou 1250 K, des transitions « breakaway » sont observées et les résultats de porosimétrie montrent que la porosité ouverte augmente au cours de la corrosion, proportionnellement au gain en masse. De plus, il a été mis en évidence que la distribution de tailles de pores des échantillons de ZIRLO® s’étend significativement pendant la corrosion, en particulier après « breakaway ». En effet, ces tailles vont de 60 μm à environ : 2 μm avant la transition, 50 nm juste après et 2 nm plus longtemps après. Enfin, un modèle numérique en deux étapes a été développé dans le code MAAP pour améliorer sa simulation de l’oxydation du gainage. D’abord, grâce à la proportionnalité entre porosité ouverte et gain en masse des échantillons, des corrélations de porosité ont été implémentées pour chaque condition de corrosion. Ensuite, les valeurs de porosité calculées sont utilisées pour augmenter proportionnellement la vitesse d’oxydation du gainage. Ce modèle amélioré simule ainsi non seulement les réactions chimiques des gaines en Zr (oxydation et nitruration) mais aussi leur dégradation mécanique et son impact sur leur vitesse d’oxydation. Ceci a été validé en simulant des essais QUENCH (-06, -08, -10 et -16), conduits au KIT pour étudier le comportement de gaines dans des conditions accidentelles avec un renoyage final. Ces simulations montrent un meilleur comportement thermique du gainage et une production d’hydrogène significativement plus haute et donc plus proche des valeurs expérimentales, en particulier pendant le renoyage
In nuclear power plants, a severe accident is a very unlikely sequence of events during which components of the reactor core get significantly damaged, through chemical interactions and/or melting, because of very high temperatures. This may potentially lead to radiotoxic releases in the containment building and to air ingress in the reactor core. In that context, this thesis work led at EDF R&D aimed at modeling the deterioration of the nuclear fuel cladding, made of zirconium alloys, in accidental conditions: high temperature and either pure steam or air-steam mixture. The final objective was to improve the simulation by the MAAP code of the cladding oxidation and of the hydrogen production, in particular during a core reflooding with water. Due to the progressive thickening of a dense and protective ZrO2 layer, the oxidation kinetics of Zr in steam at high temperatures is generally (sub-)parabolic. However, at certain temperatures, this oxide layer may crack, becoming porous and not protective anymore. By this “breakaway” process, the oxidation kinetics becomes rather linear. Additionally, the temperature increase can lead core materials to melt and to relocate down to the vessel lower head whose failure may induce air ingress into the reactor core. In this event, oxygen and nitrogen both react with the pre-oxidized claddings, successively through oxidation of Zr (thickening the ZrO2 layer), nitriding of Zr (forming ZrN particles) and oxidation of ZrN (creating oxide and releasing nitrogen). These self-sustained reactions enhance the cracking of the cladding and of its ZrO2 layer, inducing a rise of its open porosity.In order to quantify this cladding porosity, an innovative two-step experimental protocol was defined and applied: it consisted in submitting ZIRLO® cladding samples first to various accidental conditions during several time periods and then to measurements of the open porosity through porosimetry by mercury intrusion. The tested corrosion conditions included numerous temperatures ranging from 1100 up to 1500 K as well as both pure steam and a 50-50 mol% air-steam mixture. For the ZIRLO® samples oxidized in pure steam, except at 1200 and 1250 K, the “breakaway” kinetic transitions do not occur and the open porosity remains negligible along the oxidation process. However, for all other samples, corroded in air-steam or oxidized in pure steam at 1200 or 1250 K, “breakaway” transitions are observed and the porosimetry results show that the open porosity increases along the corrosion process, proportionally to the mass gain. Moreover, it was evidenced that the pore size distribution of ZIRLO® samples significantly extends during corrosion, especially after “breakaway” transitions. Indeed, the detected pore sizes ranged from 60 μm down to around: 2 μm before the transition, 50 nm just after and 2 nm longer after. Finally, a two-step numerical model was developed in the MAAP code to improve its simulation of the cladding oxidation. First, thanks to the proportionality between open porosity and mass gain of cladding samples, porosity correlations were implemented for each tested corrosion condition. Second, the calculated porosity values are used to proportionally enhance the cladding oxidation rate. This improved model thus simulates not only chemical reactions of Zr-based claddings (oxidation and nitriding) but also their mechanical degradation and its impact on their oxidation rate. It was validated by simulating QUENCH tests (-06, -08, -10 and -16), conducted at KIT to study the behavior of claddings in accidental conditions with a final reflooding. These simulations show a better cladding thermal behavior and a hydrogen production significantly higher and so closer to experimental values, in particular during the reflooding

Cette recherche, entreprise dans le cadre d'un programme de la C.C.E. pour le compte du Commissariat à l'Energie Atomique a pour objectif d'étudier les effets à long terme de variations de température sur le volume et la texture de sols argileux, en fonction notamment de leurs caractéristiques pétrophysiques et pétrographiques initiales et de leur état de consolidation. Cette étude repose d'un point de vue expérimental sur le suivi de la déformation volumique et de la perméabilité d'échantillons placés dans une cellule oedométrique et soumis à des sollicitations thermiques dans la gamme de température 20°C-110°C. Une étude texturale complète (porosimétrie au mercure, observation au M.E.B., etc) avant et en fin d'essai permet d'apprécier l'évolution de la texture des matériaux. D'une analyse bibliographique sur les argiles, leurs caractéristiques, leur évolution avec la température et leur déformation volumique uniaxiale lors d'un chargement pour différentes températures, il ressort qu'une argile peut présenter un comportement dilatant ou compactif sous l'effet d'une augmentation de température. Le comportement est le plus souvent compactif à la pression de préconsolidation. Certains paramètres ont un rôle prépondérant ; ce sont : la teneur en eau, l'état de consolidation, la plasticité, la minéralogie et le temps. Ces paramètres ont été des critères de sélection afin de retenir quatre matériaux pour la phase expérimentale. Le dispositif expérimental utilisé et conçu au Centre de Géologie de l'Ingénieur est une cellule oedométrique à contre-pression, de conception générale classique, avec des aménagements particuliers destinés notamment à minimiser le frottement latéral du piston, et la dilatation des pièces qui interviennent dans la mesure du déplacement vertical. Les principaux résultats obtenus sont : - une augmentation de la compressibilité entre 20 et 110°C ; - une évolution du module de fluage avec la température dans le cas d'une application du chargement à cette température ; - une augmentation du tassement avec l'incrément de température appliqué ; - un fluage notable d'où l'importance du temps dans la mesure de la déformation ; - une analogie entre consolidation mécanique et consolidation thermique amenant à effectuer un changement d'origine du temps pour les courbes à chaque nouvelle sollicitation thermique ; - un comportement fortement irréversible lors du refroidissement ; - un comportement particulier pour l'argile de LIMAY à rattacher à ses caractéristiques spécifiques: minéralogie, plasticité élevée, perméabilité faible,... ; - une modification de la texture du matériau due à la température, modification réelle mais bien moindre que celle due à la pression ; - la perméabilité intrinsèque est pratiquement indépendante des variations thermiques imposées dans la gamme de 20 à 110°C.

L'étude expérimentale présentée vise à étudier l'effet de la température sur le comportement hydraulique et poromécanique d'un calcaire. De nombreux essais (mesures de porosité et de perméabilité, essais de compressions uniaxiales et hydrostatiques) ont été menés afin d'évaluer l'influence des cycles thermiques et donc de la microfissuration thermique sur le comportement de la roche. En parallèle, un dispositif de mesure de la perméabilité sous températures élevées (jusqu'à 200°C) a été conçu, permettant ainsi d'évaluer directement la variation de la perméabilité du calcaire sous sollicitations thermiques. Par la suite, notre étude a été étendue au cas des matériaux à matrice cimentaire, l'objectif étant d'analyser l'effet de la température sur la perméabilité d'un mortier normalisé.

En raison de leur porosité élevée, les roches carbonatées forment d'importants réservoirs d'eau et d'hydrocarbures, et conviennent également à d'autres applications telles que le stockage de CO2 ou des déchets nucléaires. Cependant, le compactage localisé dans les roches carbonatées affecte le champ des contraintes et les propriétés hydromécaniques de ces roches, entraînant des déformations inélastiques et des dommages avec des impacts économiques, environnementaux et sociaux potentiels. Des études antérieures sur le terrain et des études expérimentales en laboratoire que dans les roches carbonatées poreuses, contrairement aux grès, une variété de micromécanismes tels que l'effondrement des pores, le broyage des grains, la petre de cimentation, la plasticité des cristaux et la dissolution sous contrainte peuvent entraîner une densification inélastique. En raison de la coexistence de ces multiples processus inélastiques et de leur interactions, le micromécanisme prédominant à l'origine du processus de localisation et de rupture reste mal compris.Cette thèse de doctorat présente une étude expérimentale sur les mécanismes de déformation régissant le comportement mécanique et le mode de rupture des roches carbonatées à haute porosité. A cet effet, le Tuffeau de Maastricht, un calcaire sédimentaire bioclastique présentant jusqu'à 52% de porosité, a été testé à l'état sec. Cette étude s'est concentrée sur la façon dont le chemin des contraintes, la pression de confinement et l'orientation de la stratification influent sur l'apparition et la propagation des bandes de compaction. Trois campagnes expérimentales principales sont menées sur des éprouvettes cylindriques pour étudier la transition fragile-ductile :compression isotrope,compression uniaxiale et compression triaxiale. Une analyse systématique du comportement anisotrope du Tuffeau de Maastricht est effectuée sur des échantillons qui ont été forés perpendiculairement, obliquement 45° et parallèlement au plan de la stratification. La micro-tomographie à rayons X à haute résolution est utilisée pour obtenir des images 3D de l'ensemble de l'échantillon en cours de chargement. Les images acquises sont traitées et des mesures de plein champ ont été utilisées pour élucider les mécanismes d'initiation et de propagation des zones de compactage localisées. Les variations de porosité pendant le chargement sont mesurées macroscopiquement et localement. L'utilisation systématique des rayons X combinée à l'utilisation de l'analyse d'image avancée et de la corrélation d'images numérique fournit une information 3D quantitative du champ de déformation et de son évolution pendant un test.Deux modes de rupture sont identifiés, selon les mesures de porosité et la CIVD: les bandes de cisaillement contractantes développées à basse pression de confinement et les bandes de compaction formées perpendiculairement à la contrainte principale majeure de compression à un confinement plus élevé. Ces bandes se développent à contrante déviatoire presque constante et se propagent dans tout l'échantillon, phase marquée par des chutes épisodiques de la contrainte deviatoire. Les essais de compression triaxiale conduit à des niveux de déformation axiale plus élevée présentent trois phases distinctes: une phase initiale quasi-linéaire, suivie par un plateau de contrainte déviatoire, enfin un durcissement post-plateau. L'observation essentielle de ces expériences est l'existence d'un mécanisme de dégradation del la cimentation entre grains qui transforme l'échantilon cohésif et frottant en un miliu granulaire purement frottant. D'autres expériences réalisées sur du sable obtenu par dégradation artificielle de la roche originelle mettent l'accent sur cette phase de déstructuration qui se produit lors du plateau de la contrainte déviatoire. Les résultats expérimentaux mettent également en évidence la forte influence due à l'anisotropie sur le comportement mécanique du matériau étudié
Given their high porosity, carbonates form important water and hydrocarbons reservoirs, and they are also suitable for other applications such as CO2 storage and nuclear waste disposal. However, localized compaction in carbonates affects the stress field and the hydromechanical properties of these rocks leading to inelastic deformation and failure with potential economic, environmental and social impacts. Previous field and experimental studies have shown that in porous carbonates, unlike sandstones, a variety of micromechanisms such as pore collapse, grain crushing, debonding, crystal plasticity and pressure solution can potentially lead to inelastic compaction. Due to the coexistence of such multiple inelastic processes and the interplay among them, the dominant micromechanism responsible for failure remains poorly understood.This doctoral thesis presents an experimental investigation into the deformation mechanisms governing the mechanical behavior and failure mode of high porosity carbonate rocks. To this end, Tuffeau de Maastricht, a bioclastic sedimentary limestone exhibiting up to 52% porosity, has been tested under dry conditions. This study focuses on how stress path, confining pressure and bedding orientation affect the onset and propagation of localized compaction. Three main experimental campaigns are conducted on cylindrical specimens of 11.5 mm diameter and 22 mm height to study the brittle-ductile transition: (i) isotropic compression, (ii) uniaxial compression, and (iii) triaxial compression tests at confining pressures ranging from 1 to 5 MPa. A systematic analysis of the anisotropic behavior of Tuffeau de Maastricht is conducted on samples cored perpendicular, oblique 45° and parallel to the bedding plane. High resolution x-ray computed tomography (CT) is used to obtain 3D images of the entire specimen under loading. The acquired images are processed and full-field measurements have been used to elucidate the mechanics of initiation and propagation of localized compaction. Porosity variations during loading are measured macroscopically as well as locally. The porosity measurements are performed over a REV, which is defined with the use of statistical tools. The systematic use of x-ray micro tomography combined with the use of advanced image analysis and Digital Image Correlation (DIC) provides a quantitative 3D information the strain field inside a sample and its evolution during a test.Two failure modes are identified, based on porosity measurements and DIC: compactive shear bands at low confining pressure, and compaction bands (perpendicular to the maximum compressive stress) at higher confinement. These bands develop at essentially constant deviator stress and propagate through the whole sample punctuated by episodic stress drops. Triaxial compression tests at much higher axial strain present three distinct phases: (1) an initial quasi-linear increase of deviator stress, followed by (2) a plateau and (3) a post-plateau hardening. The essential observation from these experiments if the occurrence of a debonding phase which converts the specimen from rock-like to sand-like. A second localization, typical of dense sand, eventually occurs for very axial strain. Additional experiments that are performed on artificially debonded specimens emphasize this destructuration phase during the plateau of deviator stress. The experimental results also highlight the strong anisotropy of the mechanical behavior of the studied material

La caractérisation et l’analyse des particules nano/micromètriques solides en suspension dans l’air ont récemment reçu une attention considérable. Le prélèvement représentatif des particules à analyser est une exigence fondamentale. L’échantillonneur d’aérosols récemment développé appelé Mini Particle Sampler (MPS), qui est équipé d’une grille poreuse de Transmission Electron Microscopy (TEM), rend l’échantillonnage de particules possible. Cependant, l’exploitation des résultats de ce système d’échantillonnage est encore à l’étape précoce. Cette thèse améliore et quantifie le système d’échantillonnage MPS. En outre, une nouvelle méthode de caractérisation de la masse de polluants est développée sur la base du système d’échantillonnage optimisé. L’efficacité d’échantillonnage des particules dont le diamètre de mobilité varie de 5à 100 nm est principalement étudiée. Selon l’analyse de sensibilité des paramètres dans l’ensemble de la configuration effectuée par la méthode Taguchi, la concentration en sel de l’atomiseur, la polarité à haute tension dans Differential Mobility Analyzer (DMA), la méthode d’évaluation de l’efficacité d’échantillonnage, la température d’échantillonnage, et la porosité de la grille TEM affectent le moins possible l’efficacité de collection. L apetite taille des pores du filtre, le débit élevé et les particules plus denses augmentent l’efficacité de collection des particules, qui sont les principaux paramètres. Basé sur l’étude des mécanismes de filtration des grilles TEM et la comparaison des modèles théoriques disponibles, une méthode d’analyse expérimentale de l’efficacité de collection combinée à la modélisation théorique est développée en considérant l’applicabilité du modèle. En utilisant cette méthode, les effets des principaux paramètres mentionnés ci-dessus sont comparés entre les expériences et les théories. La technologie d’échantillonnage est optimisée et l’efficacité minimale de collecte peut atteindre 40% en ajustant les paramètres du système d’échantillonnage. De plus, selon les méthodes de Monte-Carlo, les incertitudes sur l’efficacité de collection à partir des données mesurées et des modèles sont généralement inférieures à 1% et à 9%, respectivement. La plupart des données d’efficacité de collection mesurées sont couvertes par la plage d’incertitude d’efficience simulée par les modèles. L’analyse de sensibilité basée sur la variance de Sobol montre que la taille des pores et le débit de prélèvement contribuent de manière significative aux incertitudes et nécessitent un contrôle pour améliorer la précision de l’efficacité. En outre, le facteur de correction de Cunningham est également un paramètre de sensibilité. Sur la base du développement ci-dessus du système d’échantillonnage MPS, une méthode quantitative est proposée pour caractériser la concentration de masse élémentaire des particules micrométriques en suspension dans l’air par échantillonnage de particules etTEM - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). Le principe est de collecter les particules en suspension dans l’air sur une grille TEM, puis d’y ajouter une certaine masse de particules de référence, et de déterminer les pourcentages relatifs de tous les éléments (particules de référence et particules inconnues) via EDS. Indépendamment de la condition d’échantillonnage, la collecte quantitative et homogène des particules monodispersées RbCl, CsCl et NaCl sur la grille TEM a pu être réalisée. Pour toutes les conditions testées, lors du dépôt de divers types de particules en suspension quantifiées sur une grille TEM, les écarts absolus entre les pourcentages de masse des éléments théoriques et les rapports expérimentaux mesurés par EDS restent inférieurs à 10%, qui confirme que la méthode proposée pourrait être utilisée pour la caractérisation massique d’éléments dans un aérosol inconnu. Le RbCl a été préféré comme référence depuis sa rareté dans les particules aéroportées habituelles et sa faible toxicité
Characterization and analysis of airborne solid nano/micrometric particles have received considerable attention. The representative collection of particles to be analyzed is a fundamental requirement. The recently developed aerosol sampler called Mini Particle Sampler (MPS), which is equipped with a porous Transmission Electron Microscopy (TEM) grid, renders particle sampling convenient. However, the research for this useful sampling system is still in the initial stage. The thesis improves and quantifies the MPS sampling system. Besides, a new method of pollutant mass characterization is developed based on the optimizedsampling system. The sampling efficiency of the sampling system for particles with mobility diameters ranging from 5 to 100 nm is mainly investigated. According to the sensitivity analysis tof the parameters in the whole setup carried out by the Taguchi method, salt concentration of the atomizer, high-voltage polarity in the Differential Mobility Analyzer (DMA), sampling efficiency assessment method, sampling temperature, and porosity of the porous TEM gridminimally affect the collection efficiency. Small filter pore size, high flowrate, and denserparticles promote particle capturing, which are the main parameters. Based on the investigation of the filtration mechanisms of TEM grids and the comparison of available theoretical models, a method for experimental collection efficiency analysis combined with theoretical modeling is developed by considering the model’s applicability. Using this method, the effects of the main parameters mentioned above are compared between experiments andtheories. The sampling technology is optimized and the minimum collection efficiency isup to 40% by adjusting the parameter settings of the sampling system. In addition, accordingto the Monte-Carlo methods, sampling efficiency uncertainties from measured data andtheoretical models are generally less than 1% and 9%, respectively. Most sampling efficienciesmeasured data are covered by the efficiency uncertainty range simulated by models.Sobol variance-based sensitivity analysis shows that pore size and flowrate contribute significantly to the uncertainties, and require control to improve the efficiency precision. Besides, Cunningham correction factor is also a sensitivity parameter. Based on the above development of the MPS sampling system, a quantitative method is proposed to characterize the elemental mass concentration of airborne nano/micrometric particles via particle sampling and TEM - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). The principle is to collect airborne particles on a TEM grid, then add a certain mass of reference particles on it, and determine the relative percentages of all elements (reference and unknown particles) via EDS. Regardless of the sampling condition, the quantitative and homogeneously collection of monodisperse RbCl, CsCl, NaCl particles on the TEM grid could be achieved. For all the tested conditions, when depositing divers kinds of quantified airborne particles on one TEM grid, the absolute deviations between theoretical element mass percentages and experimental ratios measured by EDS remain lower than 10%, which confirms that the proposed method could be used for mass characterization of elements in an unknown aerosol. RbCl has been preferred as a reference since its rarity in usual airborne particles and having a low toxicity. The developed method has been used for characterizing aerosol released by the friction between serial pad and braking disc. The mass concentration of Fe in the braking aerosol is calculated as 0.105 μg/L using this method, which is consistent with the concentration range estimated from the data of Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) and Aerodynamic Particle Sizer (APS)

Le choix d'un geotextile utilise comme filtre est effectue a partir d'un critere de retention des particules du sol a filtrer. Ce critere est base sur une caracteristique du geotextile appele "ouverture de filtration" qu'on peut definir comme etant la dimension de la plus grosse particule susceptible de traverser le geotextile. Actuellement plusieurs methodes, experimentales surtout, permettent de determiner ce parametre, mais les resultats sont tres differents suivant la methode utilisee. Mise en evidence des parametres source de divergence entre les resultats. Comparaison systematique sur 18 geotextiles de structure variee. On retient la methode de tamissage hydrodynamique. Proposition d'une methode d'interpretation de cet essai a partir d'une etude portant sur l'influence du nombre de cycles et des conditions d'essais.

Cette thèse porte sur le confort acoustique et, en particulier, sur les matériaux absorbants destinés au traitement des nuisances sonores dans le domaine de l’habitat. L’objectif est double : il s’agit de proposer un matériau bio-sourcé et absorbant dans la gamme des basses fréquences.Notre choix s’est porté sur un matériau poreux bio-sourcé basé sur la fabrication de céramiques poreuses. Il est constitué de cellulose homogène et isotrope. Son procédé de fabrication repose sur la construction d’une empreinte en polyméthacrylate de méthyle permettant un contrôle fin de sa structure interne. Ensuite, nous avons procédé à la caractérisation expérimentale de ses propriétés acoustiques et des paramètres intrinsèques du matériau. L’analyse de ces données, associée à la modélisation numérique, a permis de définir les caractéristiques physiques influant sur ses performances acoustiques et d’identifier les leviers d’amélioration de celles-ci.Enfin, une mise en œuvre de concepts empiriques est présentée, à savoir : (i) inclusion d’aérogel dans la matrice poreuse, (ii) exploitation de la double porosité dans deux configurations différentes, soit dans le cas d’un composite cellulose/aérogel, soit celui d’un matériau constitué d’un double réseau mésoporeux/microporeux et (iii) utilisation de matériaux à gradient de propriétés (interconnexions ou porosité). Pour chacune de ces trois approches, le procédé de fabrication et la caractérisation de ces nouveaux matériaux sont détaillés et leurs performances acoustiques sont discutées
This thesis is about acoustic comfort and deals particularly with absorptive materials used to treat noise pollution in the housing environment. Our purpose is a double-sided one as the idea is to propose a bio based and absorptive material within the range of low frequencies.We have focused on porous bio based material on the same manufacturing process of porous ceramic. It is composed of homogeneous and isotropic cellulose. The making of a polymethyl methcrylate print enabling a thorough control of its internal structure. Then, we have dealt with the experimental characterization of its acoustic properties and of the intrinsic parameters of the material. The analysis of these data together with the numerical modelling permitted to define the physical characteristics having an influence on acoustic performances and to identify their means of improvement.Finally, the implementation of empirical means will be presented, namely: (i) the inclusion of aerogel in the porous mould, (ii) the exploitation of double porosity in two different configurations, either in the case of cellulose/aerogel composite, or the one of a material composed of a double mesoporous/microporous structure and (iii) the use of materials containing gradients of properties (interconnection or porosity). For each of these three approaches, the manufacturing process and the characterization of these new materials are detailed and their acoustic performances are discussed

L'évolution des fonds sableux le long du littoral côtier résulte de façon prédominante des processus de transport sédimentaire dans la zone de déferlement. De fait, le suivi du niveau sédimentaire dans cette zone est primordial autant pour la compréhension des mécanismes en jeu que pour la surveillance d'ouvrages. Cependant le suivi de cette zone peut s'avérer délicat compte tenu des conditions énergétiques et de la dynamique globale de cette zone. La thèse présentée ici a été menée de manière à développer et mettre en œuvre un nouveau moyen de mesure basé sur une méthode électrique de différenciation des milieux. Le système se présente sous la forme d'une série d'électrodes montées sur une perche enfoncée dans le sédiment. Le contraste de résistivité entre le sédiment et l'eau permet de différencier les milieux de manière à positionner le lit sédimentaire en fonction de la position des capteurs le long de la perche. Le système, a fait l'objet d'une étude théorique pour dimensionner et optimiser la configuration des électrodes puis des simulations numériques et des essais en laboratoire ont confirmés le comportement théorique de la mesure. Le système a ensuite été mis a l'épreuve durant une campagne de mesure in situ. L'analyse de ces données a pu fournir des informations sur les variations du niveau sédimentaire pendant plusieurs cycles de marée en présentant une approche originale de l'interface eau sédiment en conditions dynamiques. Finalement, l'utilisation des mesures de résistivité pour évaluer l'évolution de la porosité dans les premiers centimètres de sédiment est analysée, en pointant les limitations et en proposant des améliorations pour l'instrument
Evolution of sandy coastline results predominantly of sediment transport processes in the surf zone. Thus, monitoring sediment levels in this area is crucial both for understanding the mechanisms involved and for the supervision of marine structures. However monitoring this area can be tricky because of energy conditions and the global dynamic of this area. The thesis presented here was conducted in order to develop and implement a new measurement system based on an electrical method of bed level detection. The system is made of a ramp of electrodes mounted on a supporting pole that is buried in the sediment. The resistivity contrast between the sediment and the water is then used to differentiate both mediums. A theoretical study as been made in order to optimize the electrode configuration. Then numerical simulations and laboratory tests have been performed to confirm theoretical behavior of the measurement. The system was then submitted to real conditions testing during field experiment. Analysis of these data have provided informations on sediment level changes over several tidal cycles, presenting an original approach of the sediment water interface under dynamic conditions. Finally, the way of using resistivity measurements to assess the evolution of porosity in the first centimeters of sediment layer is analyzed, pointing out limitations and suggesting improvements of the instrument

Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement d'outils pour le diagnostic non-destructif et sans contact de l'état (dégradation) des matériaux de construction, principalement du béton. La thèse est focalisée sur deux techniques d'évaluation utilisant la propagation des ondes ultra-sonores : l'étude de la propagation des ondes de surface et l'analyse des coefficients de réflexion en fonction de l'angle d'incidence (réflectométrie). La partie théorique du travail présente les bases de la modélisation des phénomènes considérés, ainsi que la mise en oeuvre des modèles décrits dans la résolution des problèmes inverses. Un logiciel utilisant des algorithmes d'optimisation pour l'identification des paramètres du modèle sur la base des données de mesure est développé dans le cadre ce travail. La partie expérimentale présente le développement de deux systèmes de mesures ainsi que leur utilisation en laboratoire et sur le terrain. Le but de cette partie est non seulement de développer des outils expérimentaux mais aussi de les rendre opérationnels pour une utilisation courante. Les applications des outils développés pour le diagnostic sont discutées sur la base d'exemples de résultats obtenus en laboratoire et in situ. Ils permettent de spécifier les paramètres tels que la profondeur de la dégradation, la vitesse des ondes de surface et des ondes transversales en fonction de la profondeur pour le matériau testé ainsi que la perméabilité de surface, la porosité et la tortuosité du matériau testé.

Dans un objectif d’expliquer les mécanismes de consolidation et de désalinisation des sols de marais deux prairies et une parcelle cultivée ont été étudiées sur le site expérimental de l’INRA de St Laurent de la Prée. L’étude des évolutions structurales des sols de marais est basée sur les comparaisons entres profils de teneur en eau (W), résistance au pénétromètre dynamique (Qd), résistance au cisaillement (C). Les relations profils structuraux des sols et profils de Qd et C sont établies en s’appuyant sur la courbe de retrait (W-e) de la matrice argileuse. Ces profils structuraux sont présentés dans des diagrammes croisés W-e-Qd-C. L’intégration de la conductivité hydraulique de la matrice argileuse (K) dans des diagrammes croisés W-e-C-K permet d’associer aux profils structuraux les limites entre états solide et plastique et entre comportements fragile à ductile pour ces sols. Associé au diagramme croisé W-e-C, il a alors été proposé un modèle de mise en place et d’évolution de la fracturation par dessiccation de la matrice argileuse. Celui-ci est comparé aux figures pétrographiques analysées en 2D (sur surfaces polies) et en 3D (microtomographie RX). L’étude des évolutions de structure et de salinité des sols est basée sur des prospections géo-électriques par panneaux de résistivité, prélèvements et analyses chimiques des eaux dans les piézomètres et profils de conductivité électrique au 1/5 (CE). Les profils de CE sont calés sur les profils géo-électriques en utilisant la courbe de retrait. Les évolutions des profils de CE sur l’ensemble de la parcelle sont gouvernées le fonctionnement hydrogéologique du site et le battement de nappe. Finalement l’ensemble des profils de CE modélisés à partir des données 2006 et 2008 permet de proposer un catalogue de correspondance profils de CE – rendement en conditions favorables et défavorables pour 2010
In order to explain the mechanisms of sol consolidation and sol desalinization in marshes two grasslands and a cultivated field were studied on the INRA Experimental site of St Laurent de la Prée. The study of the structural evolutions of the soils is based on comparisons between water content (W), cone resistance (Qd) and cohesion (C) profiles. The Qd- C and soil structure relationship are based on the W-e shrinkage curve of the clay material. All the structural and mechanical profiles are represented in a W-e-Qd-C crossed diagram. Taking into account the hydraulic conductivity (K) in W-e-C-K diagram, this shows the relationship which could exist between the structural profiles and liquid-to-solid soil states. Based on the W-e-C relationship a model of soil fracturation is proposed. The results of calculations are compared to 2D and 3D petrographic features observed on polished section and by XR microtomography. The study of structural and salinity evolution of soils is based on in situ geo-electrical investigation by resistivity sections, chemical analyses of soil water sampled in piezometers, and measurement of soil electrical conductivity (CE) profile. The resistivity – electrical conductivity of soil relationship are calculated according to the structural (e-W) profiles of soils. The CE profile evolutions are governed by the hydrogeological behavior of the groundwater. Finally, the CE profiles measured during the 2006, 2008 and 2010 campaigns allow the proposing of an abacus of CE profiles – corn yield relationship for favorable and unfavorable meteorological conditions

Le développement d'un flux de radionucléides anthropiques dans les environnements de surface (sol, rivière, aquifère. . . ) requiert la compréhension et la modélisation des mécanismes de transports responsables de la distribution de l'uranium et de ses descendants au cours de leur transport dans les aquifères. Le recours aux séries de l'uranium en tant que traceur naturel du comportement de l'uranium et de ses descendants radioactifs dans les aquifères permet de comprendre de tels mécanismes La mesure des isotopes de l'uranium (234U et 238U), du thorium (230Th et 232Th), du 226Ra et du 222Rn dans les phases solides et les eaux souterraines de l'aquifère de la craie en Champagne nous a permis de comprendre les processus de fractionnements des chaînes de décroissance de l'uranium. Ces fractionnements sont induits par les propriétés physico-chimiques des éléments (lessivage, adsorption) mais également par leurs propriétés radioactives (effet de recul lors de la décroissancea). Les mesures isotopiques réalisées dans la phase solide, ont permis de quantifier les mécanismes responsables de l'évolution de l'aquifère sur le long terme. Un modèle 1-D transitoire a été développé, qui prend en compte les phénomènes de fractionnement, et permet de quantifier le lessivage, l'adsorption/désorption ainsi que les effets de recul. Des coefficients de retard ont ainsi pu être calculé pour l'uranium, le thorium et le radium. De plus, l'aquifère étudiéétant caractérisé par une double porosité, l'eau de la nappe est le résultat d'un mélange entre l'eau transportée par les fractures et l'eau de la matrice poreuse affectant différemment le transport des radionucléides

La disponibilité de nouveaux moyens d’acquisition en télédétection, satellitaire (PLEIADES, HYPXIM), aéroportée ou par drone (UAV) à très haute résolution spatiale ouvre la voie à leur utilisation pour l’étude de milieux complexes telles que les villes. En particulier, la connaissance de la ville pour l’étude des îlots de chaleur, la planification urbaine, l’estimation de la biodiversité de la végétation et son état de santé nécessite au préalable une étape de classification des matériaux qui repose sur l’utilisation de l’information spectrale accessible en télédétection hyperspectrale 0,4-2,5μm. Une des principales limitations des méthodes de classification réside dans le non traitement des zones à l’ombre. Des premiers travaux ont montré qu’il était possible d’exploiter l’information radiative dans les ombres des bâtiments. En revanche, les méthodes actuelles ne fonctionnent pas dans les ombres des arbres du fait de la porosité de leur couronne. L’objectif de cette thèse vise à caractériser les propriétés optiques de surface à l’ombre de la végétation arborée urbaine au moyen d’outils de transfert radiatif et de correction atmosphérique. L’originalité de ce travail est d’étudier la porosité d’un arbre via la grandeur de transmittance de la couronne. La problématique a donc été abordée en deux temps. Premièrement, la caractérisation de la transmittance d’un arbre isolé a été menée avec l’utilisation de l’outil DART à travers la mise en œuvre d’un plan d’expériences et d’études de sensibilité qui ont permis de la relier à des paramètres biophysiques et externes. Une campagne de mesures terrain a ensuite été réalisée afin d’évaluer son estimation à partir de différents niveaux de modélisation de l’arbre, dont un modèle réel acquis par mesures lidar terrestre. Deuxièmement, une nouvelle méthode de correction atmosphérique 3D adaptée à la végétation urbaine, ICARE-VEG, a été développée à partir des résultats précédents. Une campagne aéroportée et de mesures terrain UMBRA a été dédiée à sa validation. Ses performances comparées à d’autres outils existants ouvrent de larges perspectives pour l’interprétation globale d’une image par télédétection et pour souligner la complexité de modéliser des processus physiques naturels à une échelle spatiale très fine
The new advances in remote sensing acquisitions at very high spatial resolution, either spaceborne (PLEIADES, HYPXIM), airborne or unmanned aerial vehicles borne, open the way for the study of complex environments such as urban areas. In particular, the better understanding of urban heat islands, urban planning, vegetation biodiversity, requires the knowledge of detailed material classification mapsbased on the use of spectral information brought by hyperspectral imagery 0.4-2.5μm. However, one of the main limitations of classification methods relies on the absence of shadow processing. Past studies have demonstrated that spectral information was possible to be extracted from shadows cast by buildings. But existing methods fail in shadows cast by trees because of their crown porosity. The objective of this thesis aims to characterize surface optical properties in urban tree shadows by means of radiative transfer and atmospheric correction tools. The originality of this work is to study the tree crown porosity through the analysis of the tree crown transmittance. Therefore, the issue has been divided into two parts. Firstly, an experimental design with the use of DART tool has been carried out in order to examine the relationships between the transmittance of an isolated tree and different biophysical and external variables. Then, the estimation of the tree crown transmittance has been assessed with several tree 3D modelling strategies derived from reference terrestrial lidar acquisitions. Secondly, a new atmospheric correction method appropriate to the processing of tree shadows, ICARE-VEG, was implemented fromthese previous results. An airborne and field campaign UMBRA was dedicated to its validation. Moreover, its performances was compared to other existing tools. Finally, the conclusions open large outlooks to the overall interpretation of remote sensing images and highlight the complexity to model physical natural processes with finer spatial resolutions

Les caracteristiques de "l'oxyde laser" obtenu sont etudiees: 1)grace au controle de temperature par pyrometrie en ce qui concerne la cinetique de croissance. 2) a partir de mesures c(v) et i(v) en ce qui concerne les proprietes electriques. 3) par spectrometrie ir en ce qui concerne les proprietes physiques. Ces caracteristiques sont ensuite comparees a celles de l'oxyde thermique conventionnel. Enfin, par la realisation de transistors m. O. S. A "oxyde laser" (oxyde de grille), nous avons montre que ce mode d'oxydation assistee par laser peut etre utilise dans les technologies m. O. S.

Les matériaux cimentaires ont été retenus afin de composer la barrière ouvragée du site français de stockage des déchets nucléaires en formation géologique profonde. Ce choix se justifie par les capacités physico-chimiques propres aux bétons : les hydrates de la matrice cimentaire (CSH) et le pH de sa solution interstitielle contribuent à la rétention des radionucléides ; d'autre part la compacité de ces matériaux limite le transport d'éléments. Il convient de s'assurer de la pérennité de cette structure pendant une durée au moins égale à celle de la vie des déchets (jusqu'à 100 000 ans). Sa durabilité a été éprouvée par l'évolution des propriétés de transfert en fonction de la décalcification de matériaux cimentaires, altération traduisant le vieillissement de l'ouvrage. Deux modes de dégradation ont ainsi été appliqués tenant compte des différentes interactions physico-chimiques induites par la formation hôte. Le premier, de type statique, a consisté en une décalcification accélérée par le nitrate d'ammonium. Il simule l'altération de la barrière ouvragée par les eaux souterraines. La cinétique de la dégradation a été estimée par le suivi du calcium lixivié et l'avancée du front de dissolution de l'hydroxyde de calcium. Pour évaluer l'impact de la décalcification, les échantillons ont été caractérisés à l'état sain puis dégradé, en terme de microstructure (porosité, distribution porosimétrique) et de propriétés de transfert (diffusivité, perméabilité au gaz et à l'eau). L'influence de la nature du liant (CEM I et CEM V/A) et des granulats (calcaires et siliceux) a été observée en répétant les essais sur différentes formulations de mortiers. A cette occasion, une importante réflexion sur la métrologie de cet essai a été menée. Le deuxième mode de dégradation, dynamique, a été réalisé par un perméamètre environnemental. Il recrée les sollicitations subies par l'ouvrage lors de sa phase de resaturation post-fermeture (pression hydraulique imposée par la couche géologique et exothermicité des déchets). Cet appareillage, basé sur le principe d'une cellule triaxiale, permet de fixer un gradient de pression entre 2 et 10 MPa et une température de 20 à 80°C. La variation de la perméabilité à l'eau en fonction de ces deux paramètres expérimentaux, découplés et couplés, a été mesurée et reliée aux modifications microstructurales des échantillons
Cementitious materials have been selected to compose engineering barrier system (EBS) of the french radioactive waste deep repository, because of concrete physico-chemical properties: the hydrates of the cementitious matrix and the pH of the pore solution contribute to radionuclides retention; furthermore the compactness of these materials limits elements transport. The confinement capacity of the system has to be assessed while a period at least equivalent to waste activity (up to 100. 000 years). His durability was sustained by the evolution of transfer properties in accordance with cementitious materials decalcification, alteration that expresses structure long-term behavior. Then, two degradation modes were carried out, taking into account the different physical and chemical interactions imposed by the host formation. The first mode, a static one, was an accelerated decalcification using nitrate ammonium solution. It replicates EBS alteration dues to underground water. Degradation kinetic was estimated by the amount of calcium leached and the measurement of the calcium hydroxide dissolution front. To evaluate the decalcification impact, samples were characterized before and after degradation in term of microstructure (porosity, pores size distribution) and of transfer properties (diffusivity, gas and water permeability). The influence of cement nature (ordinary Portland cement, blended cement) and aggregates type (lime or siliceous) was observed: experiments were repeated on different mortars mixes. On this occasion, an essential reflection on this test metrology was led. The second mode, a dynamical degradation, was performed with an environmental permeameter. It recreates the EBS solicitations ensured during the resaturation period, distinguished by the hydraulic pressure imposed by the geologic layer and the waste exothermicity. This apparatus, based on triaxial cell functioning, allows to applied on samples pressure drop between 2 and 10 MPa and temperature from 20 to 80°C. Water permeability evolution relating to experimental parameters, uncoupled or coupled, was relied to mortars microstructural modifications