Academic literature on the topic 'Subsidences (géologie) – Simulation, Méthodes de'

Cette thèse étudie le mécanisme d'effondrement et son effet sur le tassement des fondations en appliquant des cadres numériques et analytiques. La méthode analytique a utilisé les propriétés géotechniques de base pour développer un modèle prédictif du potentiel d'effondrement. Le modèle hydromécanique a été développé au sein du modèle numérique, qui évalue plusieurs scénarios tels que la montée de la nappe phréatique, l'infiltration (unilatérale et bilatérale) et l'évaporation avant infiltration. Le degré initial de saturation est identifié comme le principal paramètre affectant l'effondrement du sol. Le modèle proposé pour prédire le potentiel d'effondrement a démontré de meilleures performances que les autres modèles. Les résultats du modèle hydromécanique ont montré que l'infiltration d'eau et la montée de la nappe phréatique réduisent la succion dans la zone non saturée et déclenchent l'effondrement. Le schéma d'infiltration s'avère critique, car l'infiltration unilatérale peut provoquer un mouillage localisé et un tassement différentiel. En revanche, l'infiltration bilatérale conduit à un tassement uniforme. Le modèle hydromécanique a la capacité de prévoir le tassement des fondations sous l'effet du changement climatique
This thesis investigates the collapse mechanism and its effect on foundation settlement by implementing numerical and analytical frameworks. The analytical method employed basic geotechnical properties to develop a predictive model for the collapse potential. The hydromechanical model was developed within the numerical model, which evaluates multiple scenarios such as rising water table, infiltration (one-sided and two-sided), and evaporation prior to infiltration. Initial degree of saturation is identified as the primary parameter affecting the soil collapse. The proposed model for predicting collapse potential demonstrated better performance than other model. The results of the hydromechanical model showed that water infiltration and rising water table reduce the suction in the unsaturated zone and trigger collapse. The infiltration pattern is found to be critical as one-sided infiltration can cause localized wetting and uneven settlement. In contrast, two-sided infiltration leads to a balanced settlement. the hydromechanical model shows potential for evaluating foundations settlement under climate change effect

Ce travail combinant datations par cosmonucléides produits in-situ, étude paléomagnétique et caractérisation morphologique a été mené sur deux sites en région PACA pour comprendre le déroulement d’événements gravitaires et les risques associés. La morphologie de la falaise de Cap Canaille suggère des effondrements en masse passés, posant la question de l’aléa tsunami lié à la chute de roches dans la Méditerranée. Les datations par 10Be et 36Cl mettent en évidence un grand effondrement (estimé à 6 millions de m3) entre 1500 et 2000 ans, laissant une grande cicatrice d’arrachement. De part et d’autre, différentes zones effondrées correspondent à des démantèlements plus progressifs. Un niveau de corail rouge dont la mort en masse a été datée dans la même gamme, a été retrouvé dans les sédiments d’une grotte située face à la falaise. Ces deux événements auraient pu être soit déclenchés simultanément par un séisme, soit liés par une relation de cause à effet via la génération d’un tsunami
This study combining dating based on in situ-produced cosmonuclides, paleomagnetic study and morphological characterization was conducted on two sites in the PACA region in order to understand the development of gravitary events and the associated risks. The morphology of Cap Canaille cliff suggests past mass collapses that yield to investigate the tsunami hazard associated with the fall of rock in the Mediterranean. The dating using in situ-produced 10Be and 36Cl evidenced a major event (estimated volume of 6 million m3) between 1500 and 2000 years leaving a large visible scar bordered on both sides with scars corresponding to gradual cliff dismantling. We note the presence of a red coral layer in the sedimentary deposits of a cave facing the cliff and whose death was dated in the same age range. Both events could either have been triggered simultaneously by an earthquake, or linked by a causal relationship, via the generation of a tsunami

Nous avons mis au point une methode numerique de restauration en carte concue pour les domaines failles en extension. Nous utilisons des cartes de niveaux stratigraphiques sur lesquelles sont reportes le champ de failles et la composante horizontale du rejet normal sur chacune des failles (cartes de rejets horizontaux). Nous considerons que le niveau est restaure lorsque le rejet sur les failles est inverse. Pour ce faire nous decoupons la carte des rejets horizontaux en un ensemble de blocs limites par des failles. Les rejets sur les failles sont inverses en ajustant au mieux les blocs les uns par rapports aux autres par une serie de rotations et de translations rigides visant a minimiser par moindre carre les vides et les recouvrements entre blocs. A partir de l'etat deforme et de l'etat restaure de l'horizon stratigraphique, nous etablissons (1) un champ de deplacements finis, (2) un champ de rotations finies et (3) un champ de deformation finie. Appliquee a plusieurs marqueurs stratigraphiques au sein d'un meme bassin, notre methode permet de calculer des champs de deplacements incrementaux correspondant aux intervalles entre les depots des horizons. Ces champs de deplacement permettent de suivre pas a pas l'histoire tectonique d'un bassin et de caracteriser les modalites de l'extension a chacune des etapes de son histoire. Nous avons applique cette methode a trois exemples: deux bassins sedimentaires (le bassin de campos sur la marge atlantique bresilienne et le delta du niger sur la marge atlantique nigeriane) et un domaine d'extension a l'echelle de la croute (la depression afar)

La sauvegarde des monuments historiques sollicite des disciplines scientifiques de plus en plus diverses et spécialisées. La géotechnique, dont la finalité est de mieux conjuguer le temps et la matière, est une discipline pouvant se consacrer, en particulier, à l'étude de la stabilité structurale des ouvrages historiques. Ce mémoire rappelle les définitions des monuments et des sites historiques, évoque l'histoire de l'Égypte et de ses monuments, et propose un panorama des phénomènes qui conduisent à la dégradation des monuments historiques. Mais il présente surtout, les méthodes et les outils de la géotechnique susceptibles d'améliorer la compréhension de certains problèmes de dégradation particulièrement présents en Égypte. L’accent a été mis sur les méthodes de modélisation numérique, dont nous avons présenté les principes, les atouts et les limites. Nous avons tenté de clarifier la démarche qui doit diriger la modélisation d'objets dont la complexité et la difficulté de perception sont propres aux sciences de la terre comme aux monuments historiques. Puis, nous nous sommes penchés sur deux problèmes particuliers: le rôle des discontinuités et le phénomène de gonflement de certaines argiles dans les désordres observés sur nombreux monuments égyptiens dont la tombe des Babouins et le Serapeum à Saqqarah, les colosses de Memnon à Louxor et le IXe pylône du temple de Karnak. Pour le problème des discontinuités, nous avons présenté trois approches de modélisation différentes: une méthode classique, une méthode évolutive et une méthode spéculative (selon notre propre définition). Pour le problème du gonflement des argiles, une synthèse du phénomène a été présentée et nous avons proposé, sur la base d'une analogie entre le phénomène de dilatation thermique des matériaux et celui du gonflement, une méthode de modélisation dont la simplicité détermine évidemment les limites, mais offre l'avantage d'une approche pragmatique du phénomène, suffisante pour une appréhension des problèmes rencontrés dans les monuments historiques

L’accent mis actuellement par l’industrie pétrolière sur l’augmentation de l’efficacité des réservoirs, ainsi que sur l’intérêt grandissant pour l’exploitation d’autres sources d’énergie enfouies profondément sous terre a suscité un regain d’intérêt pour la mécanique de la fracturation des roches en général et la fracturation hydraulique en particulier. La fracturation hydraulique, appelée de manière informelle “fracturation”, est un processus qui consiste généralement à injecter de l’eau, sous haute pression dans une formation rocheuse via le puits. Ce processus vise à créer de nouvelles fractures dans la roche et à augmenter la taille, l’étendue et la connectivité des fractures existantes. Des avancées récentes dans la modélisation et la simulation de fractures hydrauliques ont eu lieu, au confluent de facteurs qui incluent une activité accrue, une tendance vers une complexité accrue et une compréhension approfondie du modèle mathématique sous-jacent et de ses défis intrinsèques. Cependant, certaines des caractéristiques très importantes de ce processus ont été négligées. Parmi les caractéristiques négligées, on peut citer l’incapacité de la grande majorité des modèles existants de s’attaquer à la fois à la propagation de fractures hydrauliques dans la roche intacte, à l’inititation de nouvelles fractures ainsi qu’à la réactivation des fractures existantes. Une autre caractéristique qui a été ignorée est sa dimension intrinsèque en trois dimensions, négligée par la plupart des modèles actuallement proposés. Parmi tous les différents types de méthodes numériques développées pour évaluer le mécanisme du phénomène de fracturation, très peu sont capables de représenter la totalité des mecanismes mis en jeu. Dans la présente thèse, l’initiation et la propagation de fissures induites par les fluides dans des roches isotropes transversales sont simulées à l’aide d’un modèle hydromécanique (HM) couplé basé la méthode XFEM (eXtended Finite Element Method) et un modèle de zones cohésives. Le HM-XFEM développé dans cette thèse est une extension des modèles précédemment développés dans l’équipe hydro-géomécanique multi échelle de GeoRessources. L’accent a été porté plus particulièrement sur la prise en compte de l’anisotropie du milieu et sur son influence sur le chemin de propagation. Ce dernier est défini à partir du le concept d’angle de bifurcation introduit auparavant dans la littérature. En complément des développements réalisés dans le modèle HM-XFEM, effort a été fait pour mieux comprendre l’initiation de la fissure en utilisant la méthode des éléments discrets (DEM) à l’aide du logiciel open source YADE Open DEM. La nature différente des deux méthodes, DEM étant une méthode discontinue et XFEM, une méthode continue, révèle les potentiels des deux méthodes et permet de comparer correctement la méthode qui convient le mieux au problème à résoudre, compte tenu des objectifs de la conception
Current emphasis in petroleom industry toward increasing the reservoirs efficiency, along with the interest in exploitation of other sources of energy buried deep underground created a renewed interest in rock fracture mechanics in general and hydraulic fracturing specifically. Hydraulic fracturing, informally referred to as “fracking,” is an oil and gas well development process that typically involves injecting water, under high pressure into a bedrock formation via the well. This process is intended to create new fractures in the rock as well as increase the size, extent, and connectivity of existing fractures. However some of the very important features of this process have been overlooked. Among these neglected features one can name of inability of the vast majority of existing models to tackle at once the propagation of hydraulic fractures in fractured rocks-masses where a competing dipole mechanism exists between fracturing of the intact rock and re-activation of exiting fracture networks. Another feature that has been ignored is its intrinsically three dimensionality which is neglected by most models. Among all different types of numerical methods that have been developed in order to assess the mechanism of fracturing phenomenon very few, if any, can handle the entire complexity of such process. In the present thesis, fluid-driven crack initiation and propagation in transverse isotropic rocks is simulated using a coupled model comprising of eXtended Finite Element Method (XFEM) and cohesive zone models. The HM XFEM developed in this thesis is an extension to previous models developed introduced in multiscale hydrogeomechanics team of GeoRessources. An emphasis is put on considering the anisotropic nature of the medium and on studying its influence on the propagation path. This latter is investigated by the concept of bifurcation angle previously introduced in literature. In complementary efforts was made to have a better understanding of crack initiation in transversely isotropic media, we also used the discrete element method (DEM) in order to gain insights into the mechanisms at stake. Both methods exhibit their advantages and disadvantages in modeling fracturing phenomenon. The different nature of two methods, DEM being a discontinuous and XFEM being a continuous method, reveals potentials of both methods and renders a good comparison of which method suits the problem in hand the best, considering the the objectives of the design

Le changement climatique induit une élévation du niveau marin qui présente une variabilité régionale importante, en particulier à la côte, associée aux mouvements verticaux du sol. Par conséquent, l'évolution du niveau marin doit être déterminée par rapport à la côte pour fournir les connaissances les plus adaptées à une gestion du littoral efficace. Les informations sur le niveau relatif de la mer sont actuellement apportées directement par les marégraphes dont l'utilisation fait face à deux facteurs limitants. Premièrement, des informations complémentaires issues de stations GPS permanentes sont requises pour séparer les composantes terrestres et marines des enregistrements marégraphiques, l'objectif étant de pouvoir étudier les tendances à long terme du niveau marin. Deuxièmement, l'étendue spatiale des mouvements verticaux côtiers peut être hétérogène, ce qui limite la validité spatiale de la mesure marégraphique. La résolution de ces facteurs limitants a été analysée à travers un cas d'étude sur Brest (France) en utilisant l'interférométrie radar satellitaire (InSAR) et des données GPS de haute précision. L'application d'une méthode InSAR avancée démontre ainsi, qu'au cours des dernières décennies, la zone de Brest affiche une grande stabilité sauf au niveau de la bande portuaire. Les résultats InSAR calibrés par GPS ont été ensuite combinés avec des données d'altimétrie radar pour obtenir des tendances relatives du niveau marin le long du littoral de Brest à haute résolution spatiale. L'approche développée dans cette thèse est applicable au-delà du cas d'étude de Brest, notamment sur les zones côtières où les données marégraphiques ne sont pas disponibles
The sea level rise induced by global warming is not uniform along the coastlines due to regional variability of sea level and especially due to vertical land motion which may represents a dominant factor. Therefore, the sea level evolution must be known relative to the land to provide adapted knowledges towards a most efficient coastal management. Information about relative sea level are currently provided directly by tide gauges which measured simultaneously sea level and vertical land variations. However, two important issues are associated with the use of tide gauges. First, supplemental information provided by permanent GPS stations is required to separate vertical land motion from ocean climate signals in tide gauge records, and hence to understand the causes of future coastal sea level changes and their relative importance. Second, vertical land motion can show local spatial patterns, which limits the spatial validity of the point-wise information provide by tide gauges. Using Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) and high-precision GPS data, the above-mentioned limitations were addressed in the case study of Brest (France). This study shows that, over the past decades, Brest and its surroundings are overall stable except for the embankment areas of the commercial and military harbours. The GPS-calibrated InSAR results were then further combined with radar altimetry data to obtain relative sea level trends along the Brest coastline with an unprecedented high-spatial resolution. The approach developed in this thesis is applicable beyond the case study of Brest, especially in coastal areas where tide gauge data are not available

A l’échelle mésoscopique (~cm-µm), la diffusion des solutés ioniques dans l’argilite du Callovo-Oxfordien de Bure (Meuse/Haute Marne, France) dépend de l’organisation spatiale de la porosité et des minéraux (principalement argiles, carbonates et quartz). L'obtention de cartes minérales 2-D (microscopie électronique) ou 3-D (microtomographie de rayons X) est rendu possible par le développement de techniques de segmentation spécifiques. Les cartes de porosité obtenues par la méthode 3H-PMMA sont clairement corrélées à la minéralogie. Elles démontrent que les porosités locales (~µm) et globales (~cm) dépendent principalement de la teneur en minéraux argileux, les quartz et les carbonates pouvant être considérés comme non poreux. La diffusion des solutés a été modélisée à partir de la distribution spatiale 3-D réelle des minéraux et de la porosité. Cette approche a permis de quantifier le rôle des minéraux non poreux sur la géométrie des chemins de diffusion dans l’argilite. Le facteur de géométrie des chemins de diffusion a été corrélé à la teneur et la morphologie des minéraux non poreux. Les résultats obtenus ont mis en évidence une anisotropie de diffusion due à l’orientation préférentielle des grains de quartz et de carbonates dans le plan de sédimentation. A partir de méthodes de cartographies élémentaires, la distribution spatiale de l’ion Cu2+ et des minéraux a été acquise à l’échelle mésoscopique après une expérience de diffusion. Les résultats expérimentaux confirment les liens existant entre diffusion et minéralogie
In Bure Callovo-Oxfordian argillite (Meuse/Haute Marne, France), the spatial organisation of porosity and minerals (mainly quartz, carbonates, and clays) controls the solute diffusion at mescoscopic scale (~cm-µm). New developments in the field of image analysis were devoted to extract mineral maps from 2-D (scanning electron microscopy) and 3-D (X-ray microtomography) imaging techniques. The porosity maps provided by the 3H-PMMA method demonstrate that porosity and mineral distributions are clearly correlated. The local (~µm) and global (~cm) porosity depend mainly on clay mineral content, carbonates and quartz being unporous. Solute diffusion was modelled from actual 3-D mineral and porosity spatial distribution. Using this numerical approach, diffusion pathways were quantified according to the mineral distribution. The geometry factor was correlated to the fraction and the morphology of unporous mineral. A diffusion anisotropy due to the preferential orientation of carbonates and quartz was also underlined by this approach. In an experimental way, Cu2+ diffusion and mineral was visualised and quantify at mescoscopic scale from elemental mapping methods. These techniques provide various relationships between Copper distribution and mineralogy

Terre de démesure et foyer de centaines de millions d'âmes, l'Himalaya est aussi le berceau d'une sismicité dont les pendants relèvent encore à ce jour d'une part de mystère. Ayant emporté dans leur fracas la vie de rois et réduit à l'état de ruines des cités millénaires, les séismes himalayens rythment les contes populaires népalais au diapason d'une morale fataliste selon laquelle rien n'est éternel. Sur le plan scientifique aussi bien qu'humain, percer les secrets de la sismicité himalayenne représente donc un défi de toute première importance. Par des mesures géodésiques de la déformation du sol népalais à l'aide de données GPS et de nivellement, nous montrons qu'à la différence d zones de subduction connues, le couplage sur la Main Himalayan Thrust fault, ou MHT, est dépourvu des zones de glissement qui traditionne opposent une barrière à la propagation des grands séismes. Les 20 mm par an de convergence estimés au travers de la chaîne étant comparables estimations déjà existantes de la déformation séculaire au pied de l'arc himalayen, le glissement accumulé sur la faille en profondeur doit bien se propager élastiquement jusqu'à la surface d'une manière ou d'une autre. Et pourtant, ni les grands séismes du passé, ni la microsismicité mesurée quotidiennement ne contrebalancent le gigantesque déficit de moment qui s'accumule sous les montagnes géantes. Ce déficit de moment non contrebalancé allié au couplage inhabituellement homogène sur la MHT amènent à se demander si la MHT pourrait rompre toute entière en une seule fois, générant un séisme gigantesque. Répondre à cette question de manière univoque exige des précisions sur les propriétés de faille de la MHT, et nous exploitons donc certaines des particularités de la sismicité himalayenne pour accroître notre compréhension de la mécanique des tremblements de terre himalayens. Chaque année, les plaines du Gange sont abreuvées d'un déluge de pluies pendant les quelques mois que dure la Mousson, à tel point que la masse d'eau accumulée est suffisante pour courber la plaque indienne, relâchant temporairement une petite partie des contraintes qui s'accumulent sur la MHT. A l'inverse, en hiver, alors que les eaux de pluie s'évaporent, la plaque indienne rebondit et la tension sur la faille s'accroît de nouveau. Coïncidence fortuite mais heureuse, les petites variations de contraintes induites par ce cycle hydrologique sont d'une amplitude comparable à celles générées par les marées terrestres. Mais alors que les séismes semblent voir leur distribution temporelle suivre les variations annuelles de chargement induites par h mousson, ils restent insensibles aux oscillations biquotidiennes des marées. Afin de faire le lien entre ces observations et les propriétés physiques de la MHT, nous étudions donc les réponses de la partie bloquée et de la partie en glissement de la MHT à des variations périodiques de contraintes. Dans un premier temps, la réponse de la zone en glissement est étudiée à travers des modèles patin-ressort obéissant aux lois rate-and-state, et nous montrons qu'à la transition avec la zone bloquée où la friction devient quasi-indépendante de la vitesse de glissement sur la faille, la réponse du taux de glissement peut être amplifiée à certaines périodes, dont les expressions analytiques peuvent être reliées aux paramètres physiques du problème. Ces prédictions présentent donc le potentiel de contraindre les propriétés de faille de la MHT, mais attendent toujours des observations pour pouvoir être appliquées, puisqu'à ce jour, aucune variation de la vitesse de glissement n'a pu être extraite des séries temporelles GPS. En ce qui concerne l'étude de la zone bloquée, les modèles patin-ressort s'avèrent incapables d'expliquer les réponses contrastées de la sismicité aux chargements périodiques de la mousson et des marées. Nous avons donc recours à des simulations numériques, tirant profit de l'algorithme Boundary Integral CYCLes of Earthquakes, et étudions la réponse d'une faille continue 2D contenant un patch rate-weakening lorsqu'elle est soumise à des perturbations harmoniques de contraintes à différentes périodes. Les résultats de ces simulations sont compatibles avec une amplification progressive de la sensibilité de la faille lorsque la période de la perturbation augmente, jusqu'à une période critique correspondant au temps caractéristique de l'évolution de la réponse indicielle de la sismicité. Cette augmentation de la sensibilité n'est pas reproduite par les systèmes 1D patin-ressort, probablement en raison de la complexité du processus de nucléation, reproduit seulement par des modèles 2D. Afm de décrire complètement le comportement d'une faille sismique en ternies des paramètres physiques du problème, une formulation analytique ou semi-analytique doit être mise au point et des travaux supplémentaires sont encore nécessaires. Une telle formulation fournirait les clés pour déduire les propriétés constitutives de la MHT des observations sismologiques
Home to hundreds of millions of souls and land of excessiveness, the Himalaya is also the locus of a unique seismicity whose scope and peculiarities still remain to this day somewhat mysterious. Having claimed the lives of kings, or turned ancient timeworn cities into heaps of rubbles and tains, earthquakes eerily inhabit Nepalese folk tales with the fatalistic message that nothing lasts forever. From a scientific point of view as much as from a human perspective, solving the mysteries of Himalayan seismicity thus represents a challenge of prime importance. Documenting geodetic strain across the Nepal Himalaya with varions GPS and leveling data, we show that unlike other subduction zones that exhibit a heterogeneous and patchy coupling pattern along strike, the last hundred kilometers of the Main Himalayan Thrust fault, or MHT, appear to be uniformly locked, devoid of any of the "creeping barriers" that traditionally ward off the propagation of large events. The approximately 20 mm/yr of reckoned convergence across the Himalaya matching previously established estimates of the secular deformation at the front of the arc, die slip accumulated at depth has to somehow elastically propagate all the way to the surface at some point. And yet, neither large events from die past nor currently recorded microseismicity nearly compensate for the massive moment deficit that quietly builds up under die giant mountains. Along with this large unbalanced moment deficit, die uncommonly homogeneous coupling pattern on die MHT raises the question of whether or not the locked portion of die MHT can rupture all at once in a giant earthquake. Univocally answering this question appears contingent on die still elusive estimate of the magnitude of the largest possible earthquake in the Himalaya, and requires tight constraints on local fault properties. What makes the Himalaya enigmatic also makes it the potential source of an incredible wealth of information, and we exploit some of the oddities of Himalayan seismicity in an effort to improve the understanding of earthquake physics and cipher out the properties of die MHT. Thanks to the Himalaya, the Indo-Gangetic plain is deluged each year under a tremendous amount of water during the annual summer monsoon that collects and bears down on the Indian plate enough to pull it away from the Eurasian plate slightly, temporarily relieving a small portion of die stress mounting on the MHT. As the rainwater evaporates in the dry winter season, die plate rebounds and tension is increased back on the fault. Interestingly, the mild waggle of stress induced by the monsoon nains is about die same size as that from solid-Earth tides which gently tug at the planets solid layers, but whereas changes in earthquake frequency correspond with the annually occurring monsoon, there is no such correlation with Earth tides, which oscillate back-and-forth twice a day. We therefore investigate die general response of the creeping and seismogenic parts of MHT to periodic stresses in order to link there observations to physical parameters. First, the response of die creeping part of the MHT is analyzed with a simple spring-and-slider system bearing rate-strengthening rheology, and we show that at the transition with die locked zone, where the friction becomes Wear velocity neutral, the response of the slip rate may be amplified at some periods, which values are analytically related to the physical parameters of die problem. Such predictions therefore hold the potential of constraining fault properties on the MHT, but still await observational counterparts to be applied, as nothing indicates that the variations of seismicity rate on die locked part of the MHT are the direct expressions of variations of the slip rate on its creeping part, and no variations of die slip rate have been singled out from die GPS measurements to this day. When shifting to die locked seismogenic part of the MHT, spring-and-slider models with rate-weakening rheology are insufficient to explain die contrasted responses of die seismicity to the periodic loads that tides and monsoon both place on the MHT. Lnstead, we resort to numerical simulations using the Boundary Integral CYCLes of Earthquakes algorithm and examine die response of a 2D finite fault embedded with a rate-weakening patch to harmonie stress perturbations of varions periods. We show that such simulations are able to reproduce results consistent with a graduai amplification of sensitivity as die perturbing period get larger, up to a critical period corresponding to the characteristic Lime of evolution of the seismicity in response to a step-like perturbation of stress. This increase of sensitivity was not reproduced by simple 1D-spring-slider systems, probably because of the complexity of the nucleation process, reproduced only by 2D-fault models. When the nucleation zone is close to its critical unstable size, its growth becomes highly sensitive to any externat perturbations and the timings of produced events may therefore fmd themselves highly affected. A fully analytical framework has yet to be developed and further work is needed to fully describe the behavior of die fault in ternis of physical parameters, which will likely provide die keys to deduce constitutive properties of the MHT fion seismological observations

De nombreux enjeux socio-économiques et environnementaux sont associés aux transferts hydro-sédimentaires qui s’organisent au sein des hydrosystèmes, depuis les parcelles agricoles jusqu’aux cours d’eau (pertes en sol, diminution de la fertilité des sols, pollution diffuse, crues turbides, etc. ). Si les conditions d’initiation des transferts sont bien connues à l’échelle de la parcelle agricole, les dynamiques d’écoulements qui se produisent sur les versants restent mal connues, et ce particulièrement dans les petits hydrosystèmes du nord-ouest de la France, où la mosaïque paysagère et notamment la présence plus ou moins importante de réseaux linéaires (haies, routes, fossés, etc. ) contraint la dynamique purement topographique des écoulements. Afin de mesurer ces impacts, qui restent aujourd’hui peu aisés à estimer, deux approches complémentaires ont été mises en place dans le cadre de cette thèse. Tout d’abord, un travail de quantification des transferts hydro-sédimentaires a été réalisé au cours de différents épisodes pluvieux sur un petit bassin versant normand (17,6 km², BV de Lingèvres, Calvados). Il permet de mettre en évidence l'importance des flux sédimentaires qui peuvent transiter en période de ruissellement et la complexité des dynamiques spatio-Temporelles induite par la structure paysagère. En parallèle de cette approche "de terrain", un modèle sous Système Multi-Agents (SMA) a été conçu. En s'appuyant sur les capacités des SMA à faire émerger la dynamique globale d'un système à partir des interactions à un niveau local, il est possible de reconstruire le parcours des écoulements de surface et 'obtenir des indices d'analyses spatiales capables de mesurer les effets de la structure paysagère. Le modèle, nécessitant que peu de données en entrée, a été appliqué sur différents bassins aux caractéristiques paysagères distincts et offre des résultats intéressants pour mieux appréhender les conséquences des paysages sur les écoulements de surface
Many socio-economic and environmental issues associated with hydro-sedimentary transfers are organized within hydrosystems from agricultural fields up to rivers streams (soil loss, soil infertility, diffuse pollution, turbid flood. . . ). If transfers initiation conditions are well known at the agricultural field levels, the flow dynamic that occur on the slope remains poorly understood. It is especially true in small hydrosystems in north-western France, where the abundance of linear networks (hedges, roads, ditches, etc. ) that could interfere with the topographic flow dynamics are present in the landscape. To measure these impacts, which remain difficult to estimate, two complementary approaches have been developed within this thesis. First, a quantification of the hydro-sedimentary transfers was achieved during different rainfall events on a small Normandy catchment (17. 6 km², BV Lingèvres, Calvados). This work allowed us to highlight the importance of sedimentary flows that can pass though during runoff episode and the complexity of spatio-temporal dynamics induced by the landscape structure. In parallel to this "field" approach, a computer model in multi-agent systems (SMA) was designed. By relying on SMA capabilities to bring out the overall dynamics of a system based on interactions at a local level, it is possible to reconstruct the path of runoff and get clues on spatial analysis in order to measure the effect of the landscape structure. The SMA model requires little input data and was applied to various catchment with different landscape features. This model produces interesting results that allow us to better understand the consequences of the landscapes on runoff

La modélisation structurale consiste à approximer les structures géologiques du sous-sol en un modèle numérique afin d'en visualiser la géométrie et d'y effectuer des calculs d'estimation et de prédiction. L'approche implicite de la modélisation structurale utilise des données de terrain interprétées pour construire une fonction volumétrique sur le domaine d'étude qui représente la géologie. Cette fonction doit honorer les observations, interpoler entre ces dernières, et extrapoler dans les zones sous-échantillonnées tout en respectant les concepts géologiques. Les méthodes actuelles portent cette interpolation soit sur les données, soit sur un maillage. Ensuite, le problème de modélisation est posé selon la discrétisation choisie : par krigeage dual sur les points de donnée ou en définissant un critère de rugosité sur les éléments du maillage. Dans cette thèse, nous proposons une formulation continue de la modélisation structurale par méthodes implicites. Cette dernière consiste à minimiser une somme de fonctionnelles arbitraires. Les contraintes de donnée sont imposées avec des fonctionnelles discrètes, et l'interpolation est contrôlée par des fonctionnelles continues. Cette approche permet de (i) développer des liens entre les méthodes existantes, (ii) suggérer de nouvelles discrétisations d'un même problème de modélisation, et (iii) modifier le problème de modélisation pour mieux honorer certains cas géologiques sans dépendre de la discrétisation. Nous portons également une attention particulière à la gestion des discontinuités telles que les failles et les discordances. Les méthodes existantes nécessitent soit la création de zones volumétriques avec des géométries complexes, soit la génération d'un maillage volumétrique dont les éléments sont conformes aux surfaces de discontinuité. Nous montrons, en explorant des méthodes sans maillage locales et des concepts de réduction de maillage, qu'il est possible d'assurer l'interpolation des structures tout en réduisant les contraintes liées à la gestion des discontinuités. Deux discrétisations de notre problème de minimisation sont suggérées : l'une utilise les moindres carrés glissants avec des critères optiques pour la gestion des discontinuités, et l'autre utilise des fonctions issues de la méthode des éléments finis avec le concept de nœuds fantômes pour les discontinuités. Une étude de sensibilité et une comparaison des deux méthodes sont proposées en 2D, ainsi que quelques exemples en 3D. Les méthodes développées dans cette thèse ont un grand impact en termes d'efficacité numérique et de gestion de cas géologiques complexes. Par exemple, il est montré que notre problème de minimisation au sens large apporte plusieurs solutions pour la gestion de cas de plis sous-échantillonnés et de variations d'épaisseur dans les couches stratigraphiques. D'autres applications sont également présentées tels que la modélisation d'enveloppe de sel et la restauration mécanique
Implicit structural modeling consists in approximating geological structures into a numerical model for visualization, estimations, and predictions. It uses numerical data interpreted from the field to construct a volumetric function on the domain of study that represents the geology. The function must fit the observations, interpolate in between, and extrapolate where data are missing while honoring the geological concepts. Current methods support this interpolation either with the data themselves or using a mesh. Then, the modeling problem is posed depending on these discretizations: performing a dual kriging between data points or defining a roughness criterion on the mesh elements. In this thesis, we propose a continuous formulation of implicit structural modeling as a minimization of a sum of generic functionals. The data constraints are enforced by discrete functionals, and the interpolation is controlled by continuous functionals. This approach enables to (i) develop links between the existing methods, (ii) suggest new discretizations of the same modeling problem, and (iii) modify the minimization problem to fit specific geological issues without any dependency on the discretization. Another focus of this thesis is the efficient handling of discontinuities, such as faults and unconformities. Existing methods require either to define volumetric zones with complex geometries, or to mesh volumes with conformal elements to the discontinuity surfaces. We show, by investigating local meshless functions and mesh reduction concepts, that it is possible to reduce the constraints related to the discontinuities while performing the interpolation. Two discretizations of the minimization problem are then suggested: one using the moving least squares functions with optic criteria to handle discontinuities, and the other using the finite element method functions with the concept of ghost nodes for the discontinuities. A sensitivity analysis and a comparison study of both methods are performed in 2D, with some examples in 3D. The developed methods in this thesis prove to have a great impact on computational efficiency and on handling complex geological settings. For instance, it is shown that the minimization problem provides the means to manage under-sampled fold structures and thickness variations in the layers. Other applications are also presented such as salt envelope surface modeling and mechanical restoration