Dissertations / Theses 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

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

Ce travail s’intéresse à la modélisation du transport de polluants en milieu poreux. L’équation hyperbolique caractérisant le transport convectif est résolue à l’aide de la méthode des éléments finis discontinus de Galerkin. La discrétisation spatiale est étudiée dans un premier temps et deux espaces d’approximation sont comparés pour des maillages déstructurés en 2-D. La discrétisation temporelle est abordée dans un second temps et deux alternatives au schéma explicite classique sont présentées afin de s’affranchir de la condition CFL : le schéma semi-implicite et le schéma explicite multi-domaines où différents pas de temps peuvent être utilisés localement. La dernière partie de ce travail porte sur la simulation des problèmes de transfert avec prise en compte du contraste de densité. L’équation de transport est alors couplée à celle de l’hydrodynamique. La discrétisation temporelle multi-domaines est implémentée en 3-D et s’avère redoutablement efficace dans ce genre de situations
This work treats the modeling of mass transport in porous media. The advective part of the transport equation is solved using the discontinuous Galerkin (DG) finite element method. In the first part, the discretization of the spatial operator is considered and two approximation spaces are studied and compared for unstructured meshes in 2-D. The temporal discretization is tackled in the second part of this study. Two alternatives to the traditional explicit scheme are presented : a class of semi-implicit schemes and an explicit local time-stepping procedure which allows spatially varying time steps. Finally, the last part of this work consists of using the developed numerical tools to simulate density coupled flow and transport in porous media. The local time procedure is implemented in a 3-D numerical code and numerical experiments show that the model gives accurate results being highly efficient for this kind of problems

La liquéfaction des sols saturés lors des séismes est l’un des problèmes les plus importants auxquels sont confrontés les ingénieurs. Il n’y a guère eu de séisme majeur sans au moins quelques cas de liquéfaction. Des tassements, des basculements de bâtiments, des écoulements latéraux, des cônes de liquéfaction et des instabilités de pentes, sont certaines de ses manifestations. La conception sismique des centrales nucléaires et autres installations critiques comprend systématiquement une évaluation du risque de liquéfaction.Dans ce cadre, des méthodes de nature entièrement empirique sont couramment utilisées en ingénierie. Ces approches procurent des marges à la conception et des limitations d’utilisation. Pour exploiter ces marges en situation de réévaluation, on a recours à des calculs transitoires non linéaires avancés dans lesquels on doit modéliser finement la loi de comportement du sol pour mettre en évidence les montées de pression interstitielle.Ces derniers calculs sont coûteux en termes de temps et de compétences numériques. L’objectif de ce travail de recherche est notamment de réduire les conservatismes en vigueur lors de l’utilisation de la méthode simplifiée sans pour autant mettre en œuvre d’emblée les méthodes les plus sophistiqués. On propose pour cela une méthode de complexité intermédiaire qui élargit l’applicabilité des modèles semi-empiriques pour une analyse plus fine du risque sismique.Dans un premier temps, en partant d’un calcul linéaire équivalent conventionnel, une nouvelle approche pour la prise en compte de la montée de pression interstitielle est proposée sous le nom « X-ELM ». Le modèle de comportement employé est basé sur la relation entre la pression interstitielle et les déformations volumiques plastiques. La nouvelle approche «X-ELM » est utilisée pour modéliser la réponse des sols pour le séisme de Tōhoku (Mw=9.0) à la ville d’Urayasu au Japon. Le modèle a été appliqué sur douze profils de sols différents. L’étude de ces cas rend possible la validation du modèle par comparaison des résultats des calculs aux observations in situ. Le modèle peut donc être considéré comme un outil fiable pour la prédiction de déclenchement de liquéfaction des sols saturés.Ensuite, un outil de prédiction rapide a été conçu en se basant sur des approximations de processus aléatoire, sur les propriétés mécaniques de base du sol et sur les caractéristiques du chargement sismique. Outre son ampleur, une caractéristique importante du signal sismique d’entrée est sa durée qui peut conduire à de fortes non linéarités et à un état de liquéfaction étendu. En considérant donc la durée de phase forte, le spectre de réponse, la fréquence propre du modèle et les caractéristiques de densification du sol, l’outil de prédiction proposé procure des estimations rapides du taux de montée de pression interstitielle et du tassement pré-liquéfaction sans devoir exécuter des calculs transitoires.Enfin, un modèle 2D de barrage est étudié, en examinant l’influence de la montée de pression interstitielle et celle des déformations de cisaillement sur la réponse sismique de l’ouvrage. Un calcul linéaire équivalent adapté aux situations bidimensionnelles est élaboré et le prédicteur est employé pour évaluer la montée de pression interstitielle. On compare les résultats de la simulation aux observations in situ, piézométriques et accélérométriques.En conclusion, ce travail de recherche fournit des méthodes et outils de calculs numériques performants et accessibles aux ingénieurs pour l’évaluation sismique des profils de sols et des ouvrages en terre tels que digues ou barrages
The liquefaction of saturated soils during earthquakes is one of the most important problems facing engineers. There has hardly been a major earthquake without at least some cases of liquefaction. Settlements, tilting of buildings, lateral flows, sand boilings and slope instabilities have been some of its manifestations. The seismic design of nuclear power plants and other critical facilities systematically includes a liquefaction risk assessment.In this context, fully empirical methods are commonly used in engineering. These approaches provide design margins and limitations of use. To exploit these margins in a re-evaluation situation, we use advanced nonlinear transient calculations in which the soil behavior must be finely modeled to highlight the pore-water pressure build-up. These last calculations are expensive in terms of time and numerical skills. The objective of this research work is to reduce the conservatisms in force when using the simplified method without necessarily implementing the most sophisticated methods from the outset. To this end, we propose a method of intermediate complexity that broadens the applicability of semi-empirical models for a more detailed analysis of seismic risk.First, starting from a conventional equivalent linear calculation, a new approach for taking into account excess pore pressure is proposed under the name "X-ELM". The behavioral model employed is based on the relationship between pore pressure and plastic volumetric deformations. The new "X-ELM" approach is used to model soil response in the city of Urayasu,Japan during the Tohoku earthquake (Mw = 9.0). The model has been applied to twelve different soil profiles. The study of these cases makes possible the validation of themodel by comparing the results of the calculations with the observations in situ. The model can therefore be considered as a reliable tool for the prediction of liquefaction triggering of saturated soils.Then, a prediction tool was designed based on random process approximations, the basic mechanical properties of the soil and the characteristics of the seismic loading. In addition to its magnitude, an important feature of the input seismic signal is its duration which can lead to strong nonlinearities and an extended liquefaction state. Considering the strong phase duration, the response spectrum, the natural frequency of the model and the characteristics of soil compaction, this tool provides fast estimations of the rate of pore pressure build-up and pre-liquefaction settlement without having to perform transient calculations.Finally, a 2D dam model is studied, by examining the influence of excess pore pressure and that of the shear strains on the seismic response of the structure. An equivalent linear computation adapted to two-dimensional situations is elaborated and the predictor is used to evaluate pore pressure increase. Simulation results are compared with in situ, piezometric and accelerometric observations.In conclusion, this research work provides methods and tools of numerical computation that are efficient and accessible to engineers for the seismic evaluation of soil profiles and earth structures such as dikes or dams

Le sous-sol français est traversé par un nombre considérable de cavités souterraines naturelles ou anthropiques : après mine, carrières, karsts, tunnels et ouvrages civils abandonnés, etc. Ces cavités sont à l’origine de différents risques de mouvements de terrains tels que les effondrements localisés (fontis) et les affaissements qui peuvent être graves de conséquence pour les biens et les personnes. Pour réduire ce risque, un renforcement par géosynthétique des remblais sur cavités potentielles peut être mis en œuvre. C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse menée au sein de l’INERIS (projet de recherche EREVAN - Evaluation et Réduction de la Vulnérabilité des biens exposés aux Aléas Naturels et miniers), en partenariat avec le laboratoire 3SR. L’un des objectifs de ces travaux est notamment de mieux appréhender, suite à l’ouverture d’une cavité sous-jacente, le comportement et les mécanismes d’effondrement des remblais renforcés par géosynthétique, en particulier cohésifs, afin d’en optimiser le dimensionnement.Dans le cadre de cette thèse, différentes expérimentations sur des modèles physiques de laboratoire et en vraie grandeur ont été réalisées. Les résultats obtenus en laboratoire ont permis de préciser le rôle mécanique des renforcements géosynthétiques dans le cas d’effondrement localisé sous un remblai granulaire ou/et cohésif, une importante base de données expérimentales a ainsi été constituée. Une expérimentation en vraie grandeur a permis de valider l’intérêt au plan technique, économique et environnemental de la technique de renforcement par géosynthétique des zones sujettes à des risques fontis.La contribution particulière de ce travail réside dans l’utilisation de modèles physiques et de techniques de mesures originales développés pour simuler l’apparition d’une cavité et suivre de manière quantitative les mécanismes induits notamment dans le cas des remblais cohésifs. En particulier, une évaluation précise des mécanismes de transferts de charge et de l’interaction sol – renforcement géosynthétique due à un effondrement localisé a été rendue possible par le développement et la validation d’une technique de traitements des résultats par photogrammétrie. L’intensité de la charge transmise par le sol sur le renforcement géosynthétique, la géométrie de sa répartition, ainsi que son évolution sous l’effet d’une surcharge éventuelle en surface ont ainsi été plus spécifiquement étudiées.Les résultats expérimentaux ont été comparés avec des formulations analytiques issues de méthodes de dimensionnement existant dans la littérature. Cette comparaison nous a permis de mieux cerner les domaines de validité des méthodes de dimensionnement analytiques actuelles du renforcement géosynthétique que ce soit pour le cas d’un remblai granulaire ou cohésif et dans certains cas de formuler certaines recommandations
The French underground is occupied by a considerable number of natural or anthropogenic underground cavities: former mining areas, quarries, karsts, tunnels and abandoned civil structures, etc. These cavities are the source of various risks of ground movements such as sinkholes and subsidence which can have a large impact on the safety people and structures or infrastructures. In order to reduce this risk, a reinforcement of the embankments by geosynthetic in the zones of potential cavities can be implemented. In this context, the thesis has been funded and managed by INERIS (research project EREVAN - Evaluation and Reduction of the Vulnerability of the properties exposed to the natural and mining Hazards), in partnership with 3SR laboratory. One of the objectives of this research is in particular to better understand, further to the opening of an underlying cavity, the behavior and the mechanisms of collapse of reinforced embankment, especially in the case of cohesive soil, in order to optimize its design.As a part of this work, various experiments on physical models in laboratory and on site have been realized. The results obtained in laboratory allowed to determine the behavior of the geosynthetic reinforcement following the collapse of a granular or/and cohesive embankment over a cavity, an important experimental database has thus been established. Full scale experiment allowed to validate the technical, economic and environmental benefits of geosynthetic reinforcement of zones subject to sinkhole.The particular contribution of this work is in the use of original physical models and measurement techniques used to simulate the occurrence of a sinkhole and follow in an accurate quantitative way the involved mechanisms, notably in the case of a cohesive backfill. In particular, a specific evaluation of load transfer mechanisms and soil - geosynthetic reinforcement interaction due to sinkhole has been enabled by the development and the validation of an image processing technique. The intensity of the load transmitted by the ground onto the geosynthetic reinforcement, the geometry of its distribution, as well as its evolution due to possible overburden load have been specifically investigated.Experimental results have been compared with analytical formulations resulting from existing design methods in the literature. This comparison allowed us to better define the domains of validity of the current analytical methods for design of geosynthetic reinforcement whether for granular or cohesive backfill, and in certain cases to formulate some recommendations

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

Les affaissements de terrain de grande ampleur résultent de l'effondrement de cavités souterraines issues de l'activité industrielle humaine (mines ou carrières) ou formées naturellement par la circulation d'eau dans des massifs de roches solubles (calcaire, gypse). Leur impact sur le bâti existant en surface est généralement très important comme en attestent les exemples récents des affaissements d'Auboué (1996), de Moutiers (1997) et de Roncourt (1999) qui ont endommagé plus de cinq cents bâtiments et ouvrages ou le fontis sur le chantier METEOR en 2003. Il est donc nécessaire de prévoir les mouvements du sol de surface (tassements et déformation horizontale) résultants de ces phénomènes et surtout de déterminer l'influence que peut avoir la présence d'une ou plusieurs structures en surface sur la forme et l'amplitude de ces mouvements.
Le programme de cette thèse s'articule donc autour de la thématique suivante : évaluation des risques urbains liés aux mouvements de sol dus à la présence de cavités souterraines et interaction avec le bâti et les structures.

La première partie porte sur la conception d'un modèle réduit physique bidimensionnel permettant de représenter un effondrement de cavité de type fontis. Elle apporte une contribution innovante à la conception de modèles réduits physiques 1g par la mise au point d'un matériau analogique cohérent, dérivé du matériau de Schneebeli. Des essais sont alors menés pour caractériser l'influence de l'interaction sol-structure lors d'un tel phénomène.

Ensuite un modèle numérique est développé à partir d'un outil numérique permettant l'emploi conjoint de deux codes de calcul complémentaires basés sur une approche en milieu continu d'une part et sur la mécanique des éléments distincts d'autre part. Les résultats issus de ce modèle sont alors comparés avec ceux provenant des essais réalisés sur le modèle expérimental.

La dernière étape est une confrontation de cet outil numérique dans un essai de rétro-analyse d'un fontis réel survenu dans le massif de l'Hautil en 1991.

Le propos de cette thèse est d'étudier les mécanismes physiques de la déformation intracontinentale sous le double aspect mécanique et thermique. A cause des nombreuses données structurales, géophysiques, pétrologiques ou géochronologiques existantes dans les domaines orogéniques, cette étude s'est plus particulièrement localisée sur la formation des chaînes de montagnes et d'une façon générale sur la collision continentale. Dans une première partie, la déformation lithosphérique est abordée d'un point de vue strictement mécanique par une approche expérimentale qui rend compte d'une partie de la complexité des rhéologies lithosphériques continentales. En particulier, nous nous sommes attachés à respecter les deux comportements extrêmes qui se rencontrent dans la lithosphère.  le comportement fragile (F) (croûte supérieure et dans certains cas une partie du manteau).  un comportement ductile (D) (croûte inférieure et majeure partie du manteau). Les modèles analogiques ont été construits à partir de matériaux qui respectent ces propriétés et qui, de plus, sans l'aide d'une centrifugeuse, respectent la part des forces gravitaires par rapport aux forces tectoniques. Pour respecter le degré de simplification des modèles (les modèles analogiques respectent essentiellement la dualité fragile-ductile et les différences de densité), nous avons considéré la lithosphère comme étant composée de quatre couches (croûte fragile, croûte ductile, manteau fragile, manteau ductile). L'application de la modélisation analogique à la déformation lithosphérique a alors été réalisée par une étude de la résistance à la déformation de chacune des couches de la lithosphère à partir des données expérimentales sur la rhéologie des roches et en fonction essentiellement de la structure thermique. Trois séries d'expériences ont alors été réalisées afin de comprendre les relations entre les conditions aux limites, la composition rhéologique et les déformation :  une première étude sur l'évolution de l'épaississement crustal pendant une collision a mis en évidence l'importance de la rhéologie sur la déformation.  une deuxième étude a permis de caractériser la déformation tridimentionnelle associée au poinçonnement, en particulier la répartition dans l'espace des différents types de failles (chevauchements, décrochements et failles normales).  enfin, une troisième étude a été réalisée pour étudier la vergence et la propagation des failles dans un système fragile-ductile. Dans la deuxième partie de cette thèse, les conséquences thermiques liées à la superposition d'unités crustales ont été étudiées à partir d'un modèle numérique aux différences finies. Les évolutions thermiques (géothermes) et métamorphiques (Chemins Pression-Température-temps i.e. P, T, t) sont indépendantes du nombre d'unités chevauchées, de la chronologie respective des chevauchements et finalement de leur mode de propagation spatial. La forme des chemins (P. T. t) reflète donc en partie l'histoire tectonique des chaînes de montagne. Comme il est difficile de connaître l'histoire de la déformation dans les orogènes uniquement à partir de l'état fini actuel, cette étude s'avère nécessaire pour interpréter les données pétrologiques (évolution de la température en fonction de la pression) et géochronologiques (qui peuvent dans la plupart des cas être considérées comme des relations température-temps) en fonction des évènements tectoniques. Dans le cas des Alpes Occidentales, cette modélisation nous a permis de contraindre les schémas d'évolution tectonique. La dernière partie de cette thèse traite directement des interactions thermo-mécaniques sur la déformation dans les orogènes. On constate en effet que la tectonique tangentielle, qui consiste à superposer des nappes " rigides " les unes sur les autres pour épaissir la croûte, ne peut expliquer tout le champ de déformation finie et les données métamorphiques dans les chaînes de montagne. Nous proposons un processus supplémentaire de déformation lié essentiellement aux forces gravitaires qui peut, d'une part, expliquer le champ de déformation finie, d'une part, des données pétrologiques et géochronologiques dans des zones où le métamorphisme est intense (très haute température et faible pression), en particulier les dômes thermiques.

Une méthode séquentielle de Monte Carlo, appelée filtrage particulaire, a été utilisée dans un contexte spatial pour simulerdeux modèles de réservoir en respectant les faciès observés aux puits. Le premier modèle, le schéma Booléen, est un modèle àbase d'objets. Il peut servir à modéliser des réservoirs à deux faciès: un faciès poreux, et un faciès imperméable qui agitcomme barrière à la circulation des fluides. Ce modèle se prête bien à des calculs mathématiques~: il existe des méthodes statistiques pour en inférer les paramètres, ainsi qu'un algorithme itératif de simulation conditionnelle. Cependant, lavitesse de convergence de cet algorithme est difficile à établir. Un algorithme séquentiel basé sur un filtre particulaireest proposé en alternative. Au final, cet algorithme séquentiel surpasse l’algorithme itératif en termes de qualité desrésultats et de temps de calcul.Le second modèle, Flumy, est un modèle de processus sédimentaires, permettant de représenter la formation de systèmes chenalisés méandriformes. Ce modèle permet de reproduire l'hétérogénéité induite par les géométries complexes des dépots sédimentaires.L'algorithme courant implémenté dans Flumy modifie dynamiquement les processus au cours du temps pour s'adapter aux données et permet ainsi d'obtenir des simulations conditionnelles. Le développement de cet algorithme de conditionnement requiert,cependant, une profonde compréhension de ces processus pour les modifier tout en évitant les artefacts ou les biais. Pour cette raison, un autre algorithme, dit séquentiel, a été développé. Il consiste à construire le réservoir par empilement de couches horizontales au moyen d'un filtre particulaire permettant d'assimiler les facies observés en chaque couche. Ces deux algorithmesde conditionnement ont été comparés sur un cas synthétique et sur un cas réel (bassin de Loranca, en Espagne). Ils fournissentdes résultats comparables, mais se distinguent en termes de ressources nécessaires pour leur mise en œuvre: l'agorithmeséquentiel requiert une puissance de calcul informatique conséquente quand l'algorithme dynamique nécessite une finecompréhension des processus à modifier
A sequential Monte Carlo method, called particle filtering, has been used in a spatial context to produce simulations of two reservoir models that respect the observed facies at wells. The first one, the Boolean model, is an object-based model. It canbe used to model two-facies reservoirs: One porous facies, and an impermeable facies that acts as a barrier for the fluidcirculation. The model is mathematically tractable: There exists statistical methods to infer its parameters as well as aniterative conditional simulation algorithm. However, the convergence rate of this algorithm is difficult to establish. Asequential algorithm based on the particle filtering is proposed as an alternative. It finally appears that this sequentialalgorithm outperforms the iterative algorithm in terms of quality of results and computational time.The second model, Flumy, is a model of sedimentary processes. It is used for representing the formation of meanderingchannelized systems. This model can reproduce the heterogeneity induced by the complex geometries of sedimentary deposits.The current algorithm implemented in Flumy modifies dynamically the processes for fitting the data at best to produceconditional simulations. The set-up of this algorithm requires a deep knowledge of the processes to modify them and avoidartifacts and biases. For this reason, another conditioning algorithm, called sequential, has been developed. It consists in building the reservoir by stacking horizontal layers using particle filtering, thus allowing the observed facies to beassimilated in each layer. These two algorithms have been compared on a synthetic case and on a real case (Loranca Basin,Spain). Both give comparable results, but they differ in terms of the resources required for their implementation: whereasthe sequential algorithm needs high computer power, the dynamic algorithm requires a fine understanding of the processes to be modified

Nous présentons dans ce document des modèles d'écoulements bicouches. Il s'agit de modèles d'écoulement en eaux peu profondes et de modèles de transport de sédiments. Nous dérivons dans un premier temps des modèles de Saint-Venant visqueux, bicouches et bidimensionnels en supposant que l'écoulement est composé de deux fluides immiscibles (cas du Détroit de Gibraltar). Nous donnons quelques résultats numériques sur les modèles visqueux dérivés. On étend alors les résultats d'existence de solutions obtenus dans le cas monocouche au cas bicouches. Dans cette analyse, la difficulté provient des termes de frottement au vu des multiplicateurs utilisés dans les estimations d'entropies. Nous proposons ensuite de nouveaux modèles de transport de sédiments énergétiquement consistants pour lesquels nous obtenons des résultats théoriques de stabilité. Enfin, nous développons une nouvelle version flux limiteur de schéma numérique volumes finis, bien équilibré, en combinant un schéma de type roe et de Lax-Wendroff, tous deux étant construits en tenant compte de la variation tangentielle des quantités. Ce schéma numérique est utilisé pour simuler le transport de sédiment
We present in this document some bilayer flows, namely shallow-water and sediment transport models. First, by formal asymptotic developments, we derive viscous two-dimensional bilayer shallow-water models assuming that the flow is composed of two immiscible fluids (Straight of Gibraltar). We give some numerical results onto the derived models. We extend to the bilayers case the existence of solutions obtained for one layer. In this analysis, the difficulty results from the friction terms due to multipliers used in the entropy estimation. Next, we propose new models of sediment transport which are energetically consistent, for which we obtain theoretical stability results. Lastly, we develop a new version of flux-limiter well balanced numerical scheme combining a scheme of type roe to that of type Lax-Wendroff. Both schemes are built by taking into account the tangential variation of the quantities. This scheme is used to simulate the sediment transport model

L’objectif de cette thèse est, d’une part, de proposer une amélioration des méthodes d’estimation des cuvettes d’affaissement et des méthodes d’évaluation des dommages susceptibles de se produire sous leurs effets et de l’autre, de développer des outils basés sur ces méthodes pour étudier les affaissements et les dommages sur des cas pratiques. L’étude de l'influence de la topographie sur les cuvettes d'affaissement dans des conditions d’exploitation simplifiées grâce à des modèles numériques avec des profondeurs d'exploitation et des pentes du sol variables a permis de proposer une nouvelle fonction d’influence basée sur une densité de probabilité normale asymétrique lorsque la surface du sol est non-plane. Une modélisation simplifiée des habitations en maçonnerie sous la forme de deux modèles de structures bidimensionnels croisés, alignés avec les axes d’inertie de la structure étudiée et dans lesquels la méthode des déplacements est mise en œuvre pour calculer les efforts internes et les déformations sous l’effet de déplacements imposées des fondations. Ces modèles simplifiés dont les caractéristiques géométriques et mécaniques sont définis pour chaque type de bâtiment étudié permettent d’estimer les efforts appliqués à chaque bâtiment d’une ville exposée à un affaissement de terrain et de fournir de nouveaux critères d’évaluation des dommages prenant en compte davantage d’informations que les méthodes habituelles. Une estimation des dommages dans la ville de Joeuf sur la base des nouvelles méthodes proposées, tant pour le calcul de l’affaissement que pour l’estimation des dommages, a été réalisée
The objective of this thesis is to improve the methods of subsidence computation and building damage evaluation, and to develop some tools based on these methods to study the mining subsidence and building damage cases in Lorraine. By investigating the topography influence on subsidence under simplified mining conditions, and using numerical models with varying mining depths and ground surface angles, a new influence function method, which is based on a probability density function of a skew normal distribution, to simulate the element subsidence, was firstly developed and can be used to compute the mining subsidence caused by the excavation under non-flat surface. Then, plane framed structural models were chosen to study the mechanical behavior of 3D buildings. For each building, two plane models located in the vertical sections passing through the principle inertia axes of the building’s projective polygon were considered. Their geometry and mechanical characteristics were chosen according to the construction type and used materials of the building under consideration. Then, by using the matrix displacement method with some modifications, the internal forces and displacements for the entire structure could be computed. The achieved internal forces could then be compared to damage grade criteria to determine the extent of building damage.Finally, by using the improved methods of subsidence computation and building damage evaluation, a real case application was performed in Joeuf city (France). The subsidence was computed and applied to the defined structural models as support displacements, and then the damage extents of the buildings in Joeuf were predicted

A la suite de phenomenes naturels tels que l'erosion, un seisme ou une tempete, des masses sedimentaires instables peuvent etre mises en mouvement et generer des raz-de-maree tres dangereux pour les regions cotieres. Au cours du mouvement gravitaire, on peut observer un ecoulement dense le long de la pente et un ecoulement de suspension au dessus. Afin de modeliser numeriquement le phenomene physique, un modele de melange a ete developpe a partir du code d'hydrodynamique bidimensionnel nasa-vof2d. Les equations completes de navier-stokes sont resolues en considerant les sediments et l'eau ambiante comme un melange. La partie dense est traitee comme un fluide a seuil alors que la partie dispersee, regie par des lois hydrauliques, est modelisee par un fluide parfait de faible densite. Le modele numerique comprend un seuil d'ecoulement, un coefficient de viscosite, un coefficient de diffusion et un frottement sur la pente. L'extension du code a ete testee a travers differents types de problemes. Afin de valider les modifications, des experiences bidimensionnelles en bassin qui consistent a laisser glisser une masse de sable le long d'un plan incline ont ete realisees. Les parametres numeriques ont ete cales par rapport aux observations experimentales qui montrent l'importance du role de la pression interstitielle. Un modele rheologique utilisant une approche de la mecanique des sols a ete developpe. Cette modelisation nous a alors semble plus coherent pour reproduire a petite echelle un ecoulement granulaire qu'un modele viscoplastique issu de la mecanique des fluides. Enfin, le code nasa-vof3d a egalement ete transforme en un modele de melange. En tenant compte des volumes estimes par l'universite de genes, un glissement hypothetique sous-marin d'une masse deformable est modelise dans le canyon de taggia (italie)

L’évolution actuelle de l’ingénierie géotechnique place la maîtrise des risques d’origine géotechnique au cœur de ses objectifs. On constate aussi que la complexité des projets d’aménagement (à travers les objectifs coûts/délais/performances qui sont recherchés) est croissante et que les terrains choisis pour les recevoir présentent, quant à eux, des conditions géotechniques de plus en plus souvent « difficiles ». Ces conditions défavorables se traduisent par une variabilité forte des propriétés des sols, rendant leur reconnaissance et leur analyse plus complexe. Ce travail de thèse traite de la caractérisation de la variabilité naturelle des sols et des incertitudes liées aux reconnaissances géotechniques dans le but de mieux les prendre en compte dans les dimensionnements des ouvrages. Il se positionne dans le contexte de la maîtrise des risques de projet d’origine géotechnique. Les principaux outils statistiques servant à décrire la dispersion des données et leur structuration spatiale (géostatistique), ainsi que des méthodes probabilistes permettant d’utiliser leur résultats dans des calculs, sont présentés sous l’angle de leur application en géotechnique. La démarche est appliquée à un projet de plate-forme ferroviaire. Cette infrastructure a été implantée sur un site géologiquement et géotechniquement complexe, et présente aujourd’hui des déformations importantes dues aux tassements des sols. Une nouvelle analyse des données géotechniques a donc été entreprise. Elles ont, au préalable, été regroupées dans une base de données qui a facilité leur traitement statistique et géostatistique. Leur variabilité statistique et spatiale a été caractérisée permettant une meilleure compréhension du site. Le modèle géologique et géotechnique ainsi établi a ensuite été utilisé pour calculer les tassements. Une démarche en trois temps est proposée : globale, locale et spatialisée permettant une estimation des tassements et de leur incertitude, respectivement, à l’échelle du site, aux points de sondages, et spatialisée sur la zone d’étude. Les résultats montrent clairement l’intérêt des méthodes statistiques et géostatistiques pour la caractérisation des sites complexes et l’élaboration d’un modèle géologique et géotechnique du site adapté. La démarche d’analyse des tassements proposée met en avant le fait que les incertitudes des paramètres se répercutent sur les résultats des calculs de dimensionnement et expliquent le comportement global de l’infrastructure. Ces résultats peuvent se traduire sous forme d’une probabilité de ruine qui peut ensuite être utilisée dans un processus de prise de décision et de management des risques. D’une manière plus large, ce travail de thèse constitue une contribution à l’élaboration et l’analyse des campagnes de reconnaissances géotechniques, en ayant le souci d’identifier, d’évaluer et de prendre en compte la variabilité et les incertitudes des données lors des différentes phases du projet pour permettre une meilleure maîtrise du risque d’origine géotechnique
The current evolution of the geotechnical engineering places the risk management of geotechnical origin in the heart of its objectives. We also notice that the complexity of the projects of development (through the objectives costs/deadline/performances which are sought) is increasing and that soil chosen to receive them present unusual geotechnical conditions. These unfavourable conditions usually mean a strong variability of the soil properties, which induces soil investigation and data analysis more difficult. This work of thesis deals with the characterization of the natural variability of soils and with the uncertainties dues to geotechnical investigations, with the aim to better take them into account in geotechnical engineering project. This work takes place in the context of the management of the risk of project with geotechnical origin. The main statistical tools used for describe the scattering of the data and their spatial variability (geostatistic), as well as the probabilistic methods enabling to use their results in calculations, are presented under the view of their application in geotechnical design. The approach is applied to a project of railway platform. This infrastructure was located on a site where the geology and the geotechnical conditions are complex, and which present important deformations due to the soil settlements. A new analysis of geotechnical data was started again. First, geotechnical data were included in a database in order to ease their statistical and geostatistical treatment. Their statistical and spatial variability were characterized allowing a better understanding of the site. The geologic and geotechnical model so established was then used to assess the settlement effects. An analysis in three levels is proposed: global, local and spatial, which give means to estimate the settlement values and its uncertainty, respectively, on the scale of the site, on the boring points, and on zone of study according to the spatial connectivity of soil properties. The results clearly show the interest of statistical and geostatiscal methods in characterizing complex sites and in the elaboration of a relevant geologic and geotechnical model. The settlement analysis proposed highlight that the parameter uncertainties are of first importance on the design calculations and explain the global behaviour of the infrastructure. These results can be translated in the form of a reliabilitry analysis which can be then used in a process of decision-making and risk management. In a wider way, this work of thesis contributes toward the elaboration and the analysis of the geotechnical investigations, with the aim to identify, to estimate and to take into account the variability and the uncertainties of the data during the various stages of the project. It leads to better control of the risk of geotechnical origin

Dans le cadre de l'etude des bassins sedimentaires, la compaction des sediments argileux est etudiee experimentalement par des essais dometriques sur des echantillons remanies et non remanies, sous des contraintes comprises entre 0,1 et 50 mpa. La microstructure et les proprietes mecaniques et de transfert (permeabilite et conductivite thermique) des echantillons compactes experimentalement sont etudies. L'evolution avec la compaction de la microstructure et des proprietes physiques et mecaniques sont comparees et discutees, en particulier, l'augmentation de l'anisotropie de conductivite thermique au cours de la compaction est comparee a la reorientation des particules d'argile observee au microscope electronique a transmission au cours de la compaction

Les failles sont des zones de rupture de la roche qui affectent le comportement mécanique et fluide des réservoirs. De nombreuses incertitudes existent sur la géométrie et la topologie des réseaux de failles dues à la résolution et la qualité des données, mais aussi aux lacunes d'informations. Des approches stochastiques ont été utilisées dans la littérature pour gérer les incertitudes structurales. Ces méthodes génèrent un ensemble de modèles possibles de failles conditionné par les données disponibles. Dans cette thèse, nous explorons deux principales stratégies de conditionnement de la modélisation stochastique de réseaux de failles. La première stratégie élaborée permet de prendre en compte des observations d'absences de failles sur des données, par exemple, des zones où les réflecteurs sismiques sont continus. Dans ce but, le réservoir est divisé en deux sous-volumes délimités par une enveloppe surfacique 3D : un volume non-faillé et un volume potentiellement-faillé. Les surfaces de failles sont ensuite simulées et optimisées de manière à être entièrement positionnées dans la zone identifiée comme potentiellement faillée. La seconde stratégie de conditionnement présentée dans cette thèse gère les incertitudes relatives à l'interprétation de la segmentation des failles. La méthode génère un ensemble de modèles de segments de failles en-échelon à partir d'une interprétation continue à plus grande échelle d'une faille segmentée. La méthode utilise les variations d'orientations de la faille segmentée pour identifier la position des différents segments la composant. L'impact des différentes configurations de segmentation sur les simulations d'écoulements est étudié
Faults are discontinuities in rock volumes that affect mechanical properties and flow paths of hydrocarbon reservoirs. However, subsurface modeling remains limited by the incompleteness and resolution of available data, so that uncertainties remain on the geometry and the connectivity of fault networks. To assess fault network uncertainties, several stochastic approaches have been introduced in the literature. These methods generate a set of possible fault models conditioned by reservoir data. In this thesis, we investigate two main conditioning strategies of stochastic fault modeling methods. The first one takes into account the observations of the fault absence, for instance, as indicated by seismic reflector continuity. To do this, the reservoir volume is divided into two sub-volumes delimited by a 3D envelope surface: (1) a volume where no faults occur, and (2) a potentially-faulted volume. Then, faults are simulated and optimized in such a way as to be entirely confined to the potentially-faulted volume. The second presented strategy deals with the uncertainties related to the seismic interpretation of fault segmentation. It generates a set of fine-scale segmented faults from a larger-scale and continuous interpretation of the fault. The method uses the orientation variations of the continuous fault to subdivide it into several possible fault segments. The effects of the different segmentation configurations on flow simulations are studied

Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude d'un modèle de transport de sédiments en nous plaçant sous deux angles d'approche différents. L'un concerne la modélisation numérique du problème et propose une méthode de résolution numérique basée sur un solveur de Riemann approché pour le système de Saint-Venant-Exner qui reste un des systèmes les plus répandus pour traiter le transport sédimentaire par charriage. Ce dernier repose sur un couplage du modèle hydraulique de Saint-Venant et du modèle morphodynamique d'Exner. Le point essentiel de la méthode proposée se situe au niveau du traitement du couplage de ce système. En effet, il existe deux stratégies; la première consiste à découpler la résolution de la partie fluide de la partie solide et les faire interagir à des instants donnés alors que la seconde considère une résolution couplée du système en mettant à jour conjointement les grandeurs hydrauliques et solides aux mêmes instants. Se posera alors la question du choix de la stratégie de résolution pour laquelle nous apporterons des éléments de réponses en comparant les deux approches. L'autre se concentre sur la mise en place d'une méthodologie pour l'étude des incertitudes liées au même modèle. Pour ce faire, nous proposons une formulation stochastique du système de Saint-Venant-Exner et nous cherchons à caractériser la variabilité des sorties par rapport aux paramètres d'entrée naturellement aléatoires. Cette première étude révélera la nécessité de revenir à un système de Saint-Venant avec un fond bruité pour étudier la sensibilité des grandeurs hydrauliques par rapport aux perturbations topographiques
In this thesis, we are interested on the study of a sediment transport model through two different approaches. One of them concerns the numerical modelling of the problem and proposes a numerical problem-solving method based on an approximate Riemann solver for the Saint-Venant-Exner system which is one of the most common model to deal with sedimentary bed-load transport. This last one is based on a coupling between the hydraulic model of Saint-Venant and the morphodynamic model of Exner. The key point of the proposed method is the treatment of the coupling issue. Indeed, there exists two strategies; the first one consists on decoupling the resolution of the fluid part from the solid part and making them interact at fixed times whereas the second one considers a coupled approach to solve the system by jointly updating the hydraulic and solid quantities at same times. We then raise the issue of the choice of the strategy for which we suggest answers by comparing both approaches. The other one focuses on the development of a methodology to study the uncertainties related to the model previously mentioned. To this end, we propose a stochastic formulation of the Saint-Venant-Exner system and we look for characterizing the variabilities of the outputs in relation to the naturally random input parameters. This first study reveals the need for a return to the Saint-Venant system with a perturbed bed to understand the sensitivity of the hydraulic quantities on the topographical perturbations

Les méthodes stochastiques de modélisation discrète de réseaux de fractures reposent principalement sur la reproduction de la géométrie du réseau de fractures naturelles décrit par des lois de distributions statistiques. Classiquement, la géométrie de chaque objet est simulée en déterminant la position, l'orientation et la géométrie d'objets planaires représentant une fracture. Cependant, l'organisation générale du réseau est émergente d'un processus stochastique et stationnaire. Cette thèse explore une approche stochastique pseudo-génétique définissant des règles d'implantation et de propagation d'objets non planaires qui permet de contraindre l'émergence d'une organisation fractale particulière. La simulation mime le processus de fracturation naturelle en contraignant le positionnement et la géométrie de chaque fracture par la zone d'accumulation des contraintes et la zone d'ombre définie autour de chaque fracture déjà simulée. Nous étudierons l'impact de la méthode proposée sur la dimension fractale du réseau de fractures discret. De même, nous mènerons une étude quantifiant l'impact de notre méthode de simulation sur la connectivité des modèles et leur seuil de percolation. La validation des approches stochastiques se base sur le réalisme de la géométrie et du comportement des modèles produits. L'approche précédemment décrite contraint les géométries locale et globale des réseaux de fractures discrets par des lois statistiques et des concepts issus de la mécanique de la fracturation. L'imagerie des discontinuités mécaniques peut aussi passer par l'interprétation de données indirectes évaluant le comportement physique et/ou dynamique du volume de roche fracturé. Nous proposons une approche efficace pour intégrer à la simulation stochastique des considérations relatives à des tests de traceurs et à la microsismicité. Nous intégrerons ces considérations à la simulation directe des objets sans passer par une optimisation qui pourrait être couteuse en temps de calcul et corrompre l'organisation fractale du réseau de fracture discret
The stochastic simulation of discrete fracture network is based on the sampling of distribution law that describes the geometry of natural fracture networks. It generally simulates each fracture by selecting the position, the geometry and the dimensions of a planar object. The general organization of the discrete fracture network emerges from this stationary and stochastic process. This thesis explores a pseudo genetic and stochastic approach using rules that drive the seeding and the propagation of non planar objects, and allow the emergence of a fractal organization. The simulation mimics the natural fracturing process by considering the constraint accumulation zone and the shadow zone associated to each fracture already simulated in the fracture seeding, growth and linkage. We explore the impact of the method on the fractal dimension of discrete fracture network models, and we quantify its impact on both the connectivity and the percolation threshold. The validation of the stochastic approach is based on the realism of models both in terms of geometry and impact on its physical behavior. Our approach constrains the geometry of discrete fracture networks at fracture and at fracture network scales using statistic distribution laws and mechanical concepts. Mechanical discontinuities can also be described by indirect data that quantify the response of the fractured rock volume to dynamic or mechanical stimulation. We propose an efficient way to take into account flow information recorded from tracer tests and microseismic events that trigger after a hydraulic stimulation. The method is integrated during the stochastic simulation in order to remove the need of an optimization process that may be time consuming or may impact the fractal organization of the network

Les ondes de batillage générées par l’avancement des bateaux détruisent les rives des voies navigables et accélèrent les phénomènes d’érosion aussi bien au niveau des berges qu’au niveau du fond du canal. Leurs caractéristiques cinématiques dépendent de la vitesse, de l’enfoncement, du chargement du bateau et également de la profondeur de la voie navigable. En outre, les masses d’eau accélérées par l’immersion des bateaux et par leur système propulsif, induisent la remise en suspension d’une grande quantité de sédiments et provoquent l’érosion du fond de la voie navigable.Dans cette thèse, un modèle numérique 3D est présenté pour simuler la génération de ces ondes de batillage. Ce modèle, basé sur les équations de Navier-Stokes (RANS), a été couplé à un modèle d’advection-diffusion 3D pour caractériser la répartition et le mode de transport sédimentaire au passage du bateau. Ce couplage est mis en oeuvre avec prise en compte des effets des hélices du système propulsif du bateau
Ship-generated waves in restricted waterways lead to the stream banks erosion and cause environmental damage which harms fish, plants, benthos, plankton, etc. They also alter the channel morphology because of the resuspension and transport of bed material by accelerated flows caused by moving-ships. The magnitude of these waves depends mainly on the geometrical and kinematical parameters of the convoy.The objective of this study is to predict the relationship between these geometrical and kinematical parameters and the amplitude of ship-generated waves as well as the water plane drawdown. Numerical simulations are conducted by solving the 3-dimensional Navier-Stokes equations along with the k-ε model for turbulent processes. The results are compared firstly with the empirical models and secondly with experimental measurements performed by the French Compagnie Nationale of Rhône (CNR). The exitance of the propeller increases the sediment in suspension. Therefore, the relationships between the re-suspended sediments and the advancing speeds of the convoy, the wakes generated by the moving convoy, as well as the number of barges are studied by adding 3D advection-diffusion equation and a propeller model

Les modèles géologiques numériques 2D et 3D permettent de comprendre l'organisation spatiale des roches du sous-sol. Ils sont également conçus pour réaliser des simulations numériques afin d’étudier ou de prédire le comportement physique du sous-sol. Pour résoudre les équations qui gouvernent les phénomènes physiques, les structures internes des modèles géologiques peuvent être discrétisées spatialement à l’aide de maillages. Cependant, la qualité des maillages peut être considérablement altérée à cause de l’inadéquation entre, d’une part, la géométrie et la connectivité des objets géologiques à représenter et, d’autre part, les contraintes requises sur le nombre, la forme et la taille des éléments des maillages. Dans ce cas, il est souhaitable de modifier un modèle géologique afin de pouvoir générer des maillages de bonne qualité permettant la réalisation de simulations physiques fidèles en un temps raisonnable. Dans cette thèse, j’ai développé des stratégies de réparation et de simplification de modèles géologiques 2D dans le but de faciliter la génération de maillages et la simulation de processus physiques sur ces modèles. Je propose des outils permettant de détecter les éléments des modèles qui ne respectent pas le niveau de détail et les prérequis de validité spécifiés. Je présente une méthode pour réparer et simplifier des coupes géologiques de manière locale, limitant ainsi l’extension des modifications. Cette méthode fait appel à des opérations d’édition de la géométrie et de la connectivité des entités constitutives des modèles géologiques. Deux stratégies sont ainsi explorées : modifications géométriques (élargissements locaux de l'épaisseur des couches) et modifications topologiques (suppressions de petites composantes et fusions locales de couches fines). Ces opérations d’édition produisent un modèle sur lequel il est possible de générer un maillage et de réaliser des simulations numériques plus rapidement. Cependant, la simplification des modèles géologiques conduit inévitablement à la modification des résultats des simulations numériques. Afin de comparer les avantages et les inconvénients des simplifications de modèles sur la réalisation de simulations physiques, je présente trois exemples d'application de cette méthode : (1) la simulation de la propagation d'ondes sismiques sur une coupe au sein du bassin houiller lorrain, (2) l’évaluation des effets de site liés à l'amplification des ondes sismiques dans le bassin de la basse vallée du Var, et (3) la simulation d'écoulements fluides dans un milieu poreux fracturé. Je montre ainsi (1) qu'il est possible d’utiliser les paramètres physiques des simulations, la résolution sismique par exemple, pour contraindre la magnitude des simplifications et limiter leur impact sur les simulations numériques, (2) que ma méthode de simplification de modèles permet de réduire drastiquement le temps de calcul de simulations numériques (jusqu’à un facteur 55 sur une coupe 2D dans le cas de l’étude des effets de site) tout en conservant des réponses physiques équivalentes, et (3) que les résultats de simulations numériques peuvent être modifiés en fonction de la stratégie de simplification employée (en particulier, la modification de la connectivité d’un réseau de fractures peut modifier les écoulements fluides et ainsi surestimer ou sous-estimer la quantité des ressources produites)
Numerical geological models help to understand the spatial organization of the subsurface. They are also designed to perform numerical simulations to study or predict the rocks physical behavior. The internal structures of geological models are commonly discretized using meshes to solve the physical governing equations. The quality of the meshes can be, however, considerably degraded due to the mismatch between, on the one hand, the geometry and the connectivity of the geological objects to be discretized and, on the other hand, the constraints imposed on number, shape and size of the mesh elements. As a consequence, it may be desirable to modify a geological model in order to generate good quality meshes that allow realization of reliable physical simulations in a reasonable amount of time. In this thesis, I developed strategies for repairing and simplifying 2D geological models, with the goal of easing mesh generation and simulation of physical processes on these models. I propose tools to detect model elements that do not meet the specified validity and level of detail requirements. I present a method to repair and simplify geological cross-sections locally, thus limiting the extension of modifications. This method uses operations to edit both the geometry and the connectivity of the geological model features. Two strategies are thus explored: geometric modifications (local enlargements of the layer thickness) and topological modifications (deletions of small components and local fusions of thin layers). These editing operations produce a model on which it is possible to generate a mesh and to realize numerical simulations more efficiently. But the simplifications of geological models inevitably lead to the modification of the numerical simulation results. To compare the advantages and disadvantages of model simplifications on the physical simulations, I present three applications of the method: (1) the simulation of seismic wave propagation on a cross-section within the Lorraine coal basin, (2) the site effects evaluation related to the seismic wave amplifications in the basin of the lower Var river valley, and (3) the simulation of fluid flows in a fractured porous medium. I show that (1) it is possible to use the physical simulation parameters, like the seismic resolution, to constrain the magnitude of the simplifications and to limit their impact on the numerical simulations, (2) my method of model simplification is able to drastically reduce the computation time of numerical simulations (up to a factor of 55 in the site effects case study) while preserving an equivalent physical response, and (3) the results of numerical simulations can be changed depending on the simplification strategy employed (in particular, changing the connectivity of a fracture network can lead to a modification of fluid flow paths and overestimation or underestimation of the quantity of produced resources)

Afin de répondre aux besoins de l'industrie pétrolière d'une description plus fine de la géométrie et des propriétés pétrophysiques des bassins et des réservoirs, la simulation numérique des écoulements en milieux poreux doit évoluer vers des algorithmes plus performants et plus robustes vis à vis de la taille des simulations, de la complexité des maillages et des hétérogénéités du milieu poreux. Les méthodes de décomposition de domaine constituent une alternative aux méthodes multigrilles et pourraient permettre de lever les difficultés précédentes en terme de robustesse et d'efficacité sur architectures parallèles. Elles sont par nature plus adaptées au calcul parallèle et sont plus robustes en particulier lorsque les sous domaines sont résolus par des méthodes directes. Elles permettent aussi de traiter dans un cadre unique les couplages de modèles comme les puits ou les failles conductrices et s'étendent au cas des systèmes couplés. Le travail de thèse traite plus particulièrement de méthodes définies au niveau algébrique. On ne suppose pas avoir une connaissance préalable du problème continu dont la matrice provient. On n'a pas non plus accés aux matrices avant assemblage. Ce manque d'informations a priori rend plus difficile la construction de méthodes efficaces. On propose deux nouvelles méthodes de construction de méthodes de décomposition de domaine au niveau algébrique: la construction de conditions d'interface optimisées et d'une grille grossière. Ce dernier point est particulièrement important pour avoir des méthodes robustes vis à vis du nombre des sous-domaines. Les méthodes sont adaptatives et basées sur l'analyse de l'espace de Krylov généré durant les premières itérations de la méthode de Schwarz classique. A partir des vecteurs de Ritz correspondant aux plus basses valeurs propres, on construit des conditions d'interface et des grilles grossières qui annihilent l'erreur sur ces composantes. Les méthodes ont été testées sur des calculateurs parallèles pour des matrices issues de la simulation de milieux poreux.

Les modèles géologiques numériques 2D et 3D permettent de comprendre l'organisation spatiale des roches du sous-sol. Ils sont également conçus pour réaliser des simulations numériques afin d’étudier ou de prédire le comportement physique du sous-sol. Pour résoudre les équations qui gouvernent les phénomènes physiques, les structures internes des modèles géologiques peuvent être discrétisées spatialement à l’aide de maillages. Cependant, la qualité des maillages peut être considérablement altérée à cause de l’inadéquation entre, d’une part, la géométrie et la connectivité des objets géologiques à représenter et, d’autre part, les contraintes requises sur le nombre, la forme et la taille des éléments des maillages. Dans ce cas, il est souhaitable de modifier un modèle géologique afin de pouvoir générer des maillages de bonne qualité permettant la réalisation de simulations physiques fidèles en un temps raisonnable. Dans cette thèse, j’ai développé des stratégies de réparation et de simplification de modèles géologiques 2D dans le but de faciliter la génération de maillages et la simulation de processus physiques sur ces modèles. Je propose des outils permettant de détecter les éléments des modèles qui ne respectent pas le niveau de détail et les prérequis de validité spécifiés. Je présente une méthode pour réparer et simplifier des coupes géologiques de manière locale, limitant ainsi l’extension des modifications. Cette méthode fait appel à des opérations d’édition de la géométrie et de la connectivité des entités constitutives des modèles géologiques. Deux stratégies sont ainsi explorées : modifications géométriques (élargissements locaux de l'épaisseur des couches) et modifications topologiques (suppressions de petites composantes et fusions locales de couches fines). Ces opérations d’édition produisent un modèle sur lequel il est possible de générer un maillage et de réaliser des simulations numériques plus rapidement. Cependant, la simplification des modèles géologiques conduit inévitablement à la modification des résultats des simulations numériques. Afin de comparer les avantages et les inconvénients des simplifications de modèles sur la réalisation de simulations physiques, je présente trois exemples d'application de cette méthode : (1) la simulation de la propagation d'ondes sismiques sur une coupe au sein du bassin houiller lorrain, (2) l’évaluation des effets de site liés à l'amplification des ondes sismiques dans le bassin de la basse vallée du Var, et (3) la simulation d'écoulements fluides dans un milieu poreux fracturé. Je montre ainsi (1) qu'il est possible d’utiliser les paramètres physiques des simulations, la résolution sismique par exemple, pour contraindre la magnitude des simplifications et limiter leur impact sur les simulations numériques, (2) que ma méthode de simplification de modèles permet de réduire drastiquement le temps de calcul de simulations numériques (jusqu’à un facteur 55 sur une coupe 2D dans le cas de l’étude des effets de site) tout en conservant des réponses physiques équivalentes, et (3) que les résultats de simulations numériques peuvent être modifiés en fonction de la stratégie de simplification employée (en particulier, la modification de la connectivité d’un réseau de fractures peut modifier les écoulements fluides et ainsi surestimer ou sous-estimer la quantité des ressources produites)
Numerical geological models help to understand the spatial organization of the subsurface. They are also designed to perform numerical simulations to study or predict the rocks physical behavior. The internal structures of geological models are commonly discretized using meshes to solve the physical governing equations. The quality of the meshes can be, however, considerably degraded due to the mismatch between, on the one hand, the geometry and the connectivity of the geological objects to be discretized and, on the other hand, the constraints imposed on number, shape and size of the mesh elements. As a consequence, it may be desirable to modify a geological model in order to generate good quality meshes that allow realization of reliable physical simulations in a reasonable amount of time. In this thesis, I developed strategies for repairing and simplifying 2D geological models, with the goal of easing mesh generation and simulation of physical processes on these models. I propose tools to detect model elements that do not meet the specified validity and level of detail requirements. I present a method to repair and simplify geological cross-sections locally, thus limiting the extension of modifications. This method uses operations to edit both the geometry and the connectivity of the geological model features. Two strategies are thus explored: geometric modifications (local enlargements of the layer thickness) and topological modifications (deletions of small components and local fusions of thin layers). These editing operations produce a model on which it is possible to generate a mesh and to realize numerical simulations more efficiently. But the simplifications of geological models inevitably lead to the modification of the numerical simulation results. To compare the advantages and disadvantages of model simplifications on the physical simulations, I present three applications of the method: (1) the simulation of seismic wave propagation on a cross-section within the Lorraine coal basin, (2) the site effects evaluation related to the seismic wave amplifications in the basin of the lower Var river valley, and (3) the simulation of fluid flows in a fractured porous medium. I show that (1) it is possible to use the physical simulation parameters, like the seismic resolution, to constrain the magnitude of the simplifications and to limit their impact on the numerical simulations, (2) my method of model simplification is able to drastically reduce the computation time of numerical simulations (up to a factor of 55 in the site effects case study) while preserving an equivalent physical response, and (3) the results of numerical simulations can be changed depending on the simplification strategy employed (in particular, changing the connectivity of a fracture network can lead to a modification of fluid flow paths and overestimation or underestimation of the quantity of produced resources)

Afin d'étudier les roches du sous-sol, il est nécessaire de comprendre les déformations qu'elles ont subi depuis leur création. Les données disponibles n'étant souvent pas suffisantes pour déterminer de manière exacte ces déformations, les géologues font un certain nombre d'hypothèses par rapport à leurs connaissances et à des cas analogues. Celles-ci, en s'ajoutant aux données, permettent la création de modèles structuraux, somme des données et connaissances sur une zone. La restauration structurale a été développée pour essayer de faire remonter le temps à ces modèles géologiques. L'objectif est double: tout d'abord vérifier si le modèle structural permet la restauration vers un état géologique raisonnable, et donc limiter les incertitudes sur celui-ci. Ensuite, étudier la rétro-déformation des roches peut permettre d'en apprendre plus sur leur histoire (ainsi que vérifier les hypothèses faites sur celle-ci). Dans les contextes de bassins sédimentaires faillés, les méthodes de restauration utilisent des notions mécaniques pour calculer la déformation des roches, mais les conditions permettant d'appliquer un mouvement en temps inverse aux modèles étudiés sont encore principalement géométriques. Dans les contextes de bassins évaporitiques, une méthode de restauration a été développée en utilisant les équations de fluides visqueux, mais néglige le comportement des failles et les mouvements de la topographie. La principale contribution de cette thèse est l'ajout de conditions plus physiques à la restauration de bassins sédimentaires faillés, et d'une méthode numérique pour l'appliquer. Cette méthode de restauration s'appuie sur des simulations mécaniques du sous-sol afin de calculer la rétro-déformation. Dans ces simulations, les roches sont considérées comme des fluides ayant une très grande viscosité, et la rétro-déformation s'appuie sur une advection du modèle en temps négatif. Les failles, elles, sont considérées comme des zones de cisaillement où les roches ont une viscosité plus faible. Cette méthode de restauration offre des résultats concluants sur des modèles simplifiés du sous-sol. La seconde contribution de cette thèse est une évaluation de l'influence des différents paramètres de simulation sur le modèle restauré. Cette évaluation s'appuie sur la restauration d'un modèle analogique de laboratoire. Dans un premier temps, l'influence des conditions aux limites est étudiée, afin de déterminer les conditions les plus naturelles possibles permettant une restauration du modèle. Dans un second temps, l'influence des paramètres mécaniques à l'intérieur du modèle est étudiée, afin de déterminer les paramètres effectifs les plus proches de ceux des roches. Ces contributions ouvrent une nouvelle perspective sur la manière d'introduire des conditions plus physiques dans la restauration mécanique du sous-sol
In order to study the subsurface, one must first understand its deformation through time. As the available data coverage is not sufficient to determine these deformations precisely, geologists make hypotheses to link them depending on their knowledge. This allows them to create structural models, which can be seen as the sum of all the data and knowledge on a specific area. Structural restoration was developped to try and make a model go back in time. The advantages are dual: first, it allows the validation of the structural model by checking if the restored model has a reasonable geometry. Second, the history and retro-deformation of the rock layers can be studied from the path they take during the restoration process (which also allows checking the hypotheses that were made on the history of the area). In the context of faulted and folded sedimentary basins, mechanics have been incorporated in the restoration process to compute the deformation of the rock layers inside the models, but the time reversal is still driven mainly by geometric conditions. In the context of basins incorporating salt tectonics, creeping flow restoration was developped by considering the rocks as highly viscous fluids, but neglects faults and non-flat topography. The main contribution of this thesis is to provide an approach to add more physical conditions to the restoration of faulted sedimentary basins. This approach relies on mechanical simulations of the subsurface. The rock layers are treated as highly viscous fluids, and the restoration is driven by a negative time-step advection. The faults are considered as shear zones with an effective viscosity lower than the surrounding sediments. This methods allowed the restoration of several simplified models of the subsurface. The second contribution of this thesis is an assessment of the choice of the parameters for the restoration simulations. This assessment is based on the restoration of a laboratory analogue model. The boundary conditions are first studied, to determine how to provide an adequate choice of conditions that still allow the restoration of the model. The material properties and their influence are then looked upon, to determine the effective parameters that are closest to those of the rocks inside the model. These contributions offer a new perspective on how to add more physical conditions to the geomechanical restoration of structural models of the subsurface

La restauration structurale a pour objectifs de déterminer la géométrie passée des roches et de valider les interprétations structurales. Les méthodes classiques sont basées sur des hypothèses géométriques et/ou cinématiques, et imposent un style de déformation. Les méthodes géomécaniques, en intégrant le comportement élastique des roches et les lois fondamentales de conservation mécanique, visent à résoudre les problèmes des méthodes classiques. Toutefois, il y a des incertitudes sur le choix des paramètres élastiques, et les contraintes de maillage rendent difficile l’utilisation de cette méthode comme un outil de validation des interprétations structurales. Le choix d’une méthode de restauration en particulier est rendu difficile par le fait qu’il y ait plusieurs approches de restauration géomécanique, en plus des nombreuses méthodes géométriques et cinématiques. Cette thèse présente en premier lieu une revue des différentes méthodes géomécaniques 3D visant à déplisser et annuler l’action des failles dans un modèle géologique. L’objectif de cette revue est de présenter les forces ainsi que les limites, théoriques et pratiques, de chaque méthode. Dans un second temps, à travers la restauration d’un modèle analogique (sandbox), nous présentons nos travaux sur le choix de conditions aux limites appropriées pour obtenir un modèle restauré cohérent. Ce modèle structural expérimental a été déformé en laboratoire et présente plusieurs analogies avec des structures extensives postérieures à une base salifère. Grâce à l’observation de l’évolution temporelle de la géométrie du modèle analogique sur une coupe, nous montrons qu’une condition aux limites correspondant à un raccourcissement latéral est nécessaire. Ce raccourcissement peut être estimé par la méthode de la surface transférée. De plus, nous définissons de nouvelles conditions aux limites de contacts de failles pour restaurer correctement le réseau de failles complexe du modèle analogique. Ces nouvelles conditions lient les bords internes des surfaces de failles et connectent les composantes connexes des failles coupées et déplacées par des failles plus récentes. Troisièmement, le test de différents paramètres élastiques indique que le module de Young, défini homogène au sein d’un modèle géologique, n’a quasiment pas d’effet sur le champ de déplacement. Toutefois, le coefficient de Poisson a un impact significatif sur la dilatation volumique. Dans un dernier temps, nous comparons la restauration géomécanique avec une méthode géométrique qui repose sur un modèle chronostratigraphique (GeoChron) qui fait une bijection de chaque point du sous-sol avec son équivalent dans l’espace de dépôt (Wheeler). Nous montrons que les deux approches de restauration fournissent des modèles restaurés du modèle analogique qui sont similaires géométriquement. La méthode géométrique a de nombreux avantages pour obtenir rapidement et avec précision le modèle restauré, mais elle manque de flexibilité sur le choix des contraintes de la déformation. La force de la méthode géomécanique est de pouvoir définir des conditions aux limites personnalisées et des comportements mécaniques spécifiques pour gérer les contextes mécaniquement complexes
Structural restoration aims to recover rock paleo-geometries and to validate structural interpretations. The classical methods are based on geometric/kinematic assumptions and impose a style of deformation. Geomechanical methods, by integrating rock elastic behavior and fundamental mechanical conservation laws, aim to solve issues of classical methods. However several studies show that the geomechanical restoration lacks physical consistency in particular because of the boundary conditions. There are uncertainties on the choice of the elastic properties, and the meshing constraints limit this method to be used as a validation tool of structural interpretations. The choice of a specific restoration method is difficult because there are many geomechanical restoration approaches, in addition to the numerous geometric/kinematic methods. Firstly, this thesis presents a review of the various 3D geomechanical methods to unfold and unfault a 3D geological model. The objective is to present their, theoretical and practical, strengths and limits. Secondly, through the restoration of a structural sandbox model, we worked on the choice of adequate boundary conditions to get a proper restored model. This structural sandbox model was deformed in laboratory and presents several analogies with supra-salt extensional structures. Thanks to the observation of the analog model geometry through time on a cross section, we show that a lateral shortening boundary condition is necessary. We show that this shortening can be estimated by the area-depth method. Moreover we define new fault contact conditions to handle complex fault networks. These novel conditions tie internal fault borders and join parts of offset faults. Thirdly, the test of several elastic parameters shows that Young’s modulus, homogeneous within a geological model, has almost no effect on the restoration displacement field. However, Poisson’s ratio has a significant impact on the volume dilatation. Finally, we compare the mechanics-based restoration method with a geometric-based method relying on a chronostratigraphic model (GeoChron) mapping any point of the subsurface to its image in depositional (Wheeler) space. We show that both methods provide a geometrically similar restored state for the analog model. The geometric method has numerous advantages to quickly and accurately get a restored model, but it lacks flexibility on the choice of the deformation constraints. The geomechanical restoration method force is to define custom boundary conditions and specific mechanical behaviors to handle complex contexts

Dans le contexte de la transition écologique, il y a une sensibilisation sur les pratiques éco-responsables et la France s’engage à répondre à l’enjeu climatique par des politiques environnementales. Au niveau du secteur de la construction, des mesures sont indispensables pour réduire l’impact environnemental. Les constructions en terre permettent de substituer aux matériaux conventionnels et offrent plusieurs avantages. En maçonnerie, les blocs de terre comprimée (BTC) sont à l’état cru et ne nécessitent pas une cuisson à de hautes températures comme les briques cuites ou une fabrication polluante comme les blocs de béton. Afin de favoriser l’économie circulaire, la réduction des déchets et leur valorisation est assez recommandée. Les sédiments de dragage sont stockés en grande quantité et leur trouver des voies de gestion est indispensable notamment à la veille de l’évolution des lois de dragage.Ainsi, des blocs de terre comprimée à base de sédiments de dragage du bassin d’Arcachon font l’objet de cette étude. Des sédiments sont d’abord prélevés de huit ports du bassin et sont caractérisés par différents essais géotechniques et de terrain. Ceux du port d’Audenge sont les plus adaptés à la fabrication des BTC et sont utilisés dans la suite de l’étude.Différentes formulations de BTC, fabriqués au laboratoire, ont permis d’étudier les effets de la pression de compactage, du type et quantité des fibres naturelles et de la quantité d’activateur. Ainsi, les BTC non stabilisés, fibrés et géopolymérisés sont caractérisés par plusieurs essais pour étudier leurs propriétés mécaniques, thermiques, microscopiques et de durabilité. Ils sont également caractérisés par des essais non destructifs qui s’avèrent pratiques et efficaces pour évaluer les BTC de manière qualitative sans les endommager.D’autre part, des modèles d’apprentissage automatique sont utilisés pour prédire la résistance à la compression des BTC. Ils sont entrainés par une base de données collectée de la littérature ayant comme paramètres d’entrée, la texture de la terre, l’eau, les stabilisants et la pression de compactage. Des classifieurs sont comparés entre eux et celui de vote a été le plus performant. Une explicabilité des prédictions est également recherchée par les valeurs de Shapley. Cette approche sert d’outil d’aide à la prise de décision pour des futurs BTC, notamment en raison de la variabilité des sols.Enfin, une analyse environnementale est menée à travers une analyse de cycle de vie, du berceau à la porte, et une simulation thermique. Elles ont permis de proposer des améliorations aux procédés de fabrication et de montrer l’intérêt de l’usage des BTC en construction pour réduire les besoins énergétiques
In the context of the ecological transition, there is an awareness about the eco-responsible practices, and France is engaged to face the climate challenge through environmental policies. In the construction sector, it is necessary to take measures to reduce the environmental impact.Earth constructions could substitute the conventional materials and offer many advantages. In masonry, compressed earth blocks (CEB) are used in their raw state and are not fired at high temperatures like fired bricks. In addition, their fabrication is not as energy-consuming as that of concrete blocks. To promote circular economy, waste reduction and valorization are very recommended. Dredged sediments are stored in large quantities, and it is necessary to manage them, especially in light of upcoming changes in dredging regulations.Therefore, CEB made from dredged sediments of Arcachon bay are the focus of this study. First, sediments are collected from eight ports of the bay and are characterized through different geotechnical and in-situ testing. The sediments from the port of Audenge are the most suitable for CEB manufacturing and are used for the CEB in this study.Different CEB compositions, manufactured in the laboratory, enabled the study of the effects of compacting pressure, the type and fraction of natural fibers, and the quantity of activator. Hence, non-stabilized, fiber-reinforced and geopolymerised CEB are tested to investigate their mechanical, thermal, microscopic and durability properties. They are also characterized through nondestructive testing, which was practical and efficient for the qualitative, non-damaging evaluation.Furthermore, machine learning models are used to predict the compressive strength of CEB. They are trained by using a database collected from the literature with input parameters including the soil texture, water, stabilizers and compacting pressure. Some classifiers were compared, and the voting classifier performed the best. Explicability of the predictions is also investigated through the Shapley values. This approach serves as a decision-making support tool for future CEB manufacturing, given the variability of the soil.Finally, an environmental analysis is carried out through a life cycle assessment, from cradle to gate, and a thermal simulation. They made it possible to propose improvements to manufacturing processes and to show the interest of using CEB in the construction to reduce energy needs

L'objectif de cette thèse est d'étudier les mécanismes d'interaction entre une cavité résultant d'un effondrement karstique et une digue fluviale. Il s’agit d'évaluer le rôle potentiel des cavités sous les digues et leurs effets sur ces dernières dans des conditions hydrologiques normales et extrêmes. Par conséquent, le premier point est de proposer une méthode pour évaluer l'influence d'une digue sur la stabilité d’une cavité sous-jacente. Le deuxième point concerne la stabilité de la pente de la digue quand une cavité est présente à proximité, sans prise en compte de l'effondrement de la cavité. Afin d’atteindre les objectifs de la thèse, les influences respectives du positionnement de la cavité par rapport à la digue et des paramètres géométriques et géotechniques ont été étudiées, par des approches analytiques et numériques, pour une meilleure évaluation du risque de rupture de la digue. Une application est proposée, basée sur des observations in situ et des données disponibles pour le secteur du Val d'Orléans (France). Cette zone est protégée des crues de la Loire par 52 km de digues fluviales (les levées), il y a été recensé plus de 600 effondrements karstiques (fontis) de 0,5 à 20 m de diamètre. Les premiers résultats obtenus par la méthode analytique montrent que l'instabilité de la cavité peut augmenter de manière significative lorsqu’elle est se trouve sous le centre de la digue et que cela peut affecter la stabilité de la digue lorsqu'elle en est suffisamment proche. Nous montrons aussi que le risque d'instabilité de la digue augmente en raison de l’apparition des fontis provenant de l’effondrement de cavités karstiques. Ces résultats indiquent qu'il y a un effet significatif de la cavité sur la stabilité de la pente, surtout dans le cas de matériaux saturés (c’est-à-dire en période de forte crue de la Loire) : autrement dit, l’effondrement de la cavité peut contribuer à la rupture de la digue. Une modélisation numérique non linéaire (2D et 3D) a été utilisée pour valider l'approche analytique et permettre la compréhension de l’influence des différents paramètres géométriques et géotechniques de la digue et de la cavité. Les résultats de la modélisation numérique ont confirmé ceux de la méthode analytique. Ces derniers peuvent donc être utilisés dans l’évaluation du risque de rupture de la digue en tenant compte de la probabilité d’existence d'une cavité sous-jacente, de sa position, de son diamètre, mais aussi de l'épaisseur de la couche d'alluvions. Les données numériques prises en compte sont celles du Val d'Orléans
The objective of this thesis is to study the interaction mechanisms between a cavity resulting from a karst collapse and a fluvial dike. The question that arises here is to evaluate the potential role of cavities beneath the dikes and their impact on the dike stability in normal and extreme flood conditions. Therefore, the first main point of the present work is to create a method to assess the influence of a dike on the stability of a cavity beneath it. Thereafter the second main point is to evaluate the stability of the dike slope when a cavity appears underneath without taking into account the collapse of the cavity. To achieve the objectives of the thesis, the dike effect on the cavity stability was investigated by studying the influence of the cavity location relatively to the dike and the interaction mechanisms, in the way to prioritize the geometric and geotechnical parameters for a better evaluation of the risk of dike failure. Numerical and analytical approaches were used. An application is described based on the in situ observations and data for the Val d’Orléans area (France). This area is protected against the Loire’s floods by 52 km of earth dikes (levees), in this area, more than 600 karstic sinkholes from 0.5 to 20 m diameter have been identified. The first results of the analytical method show that the cavity instability can significantly increase when the cavity is located under the centre of the dike, and this can affect the stability of the dike when the cavity is sufficiently close to it. We also show that there is a significant effect of the cavity on the dike slope stability, especially in the saturation state (i.e. during extreme floods): cavity collapse can then contribute to dike collapse. A nonlinear numerical modeling (2D and 3D) was used to validate the analytical approach, and to highlight the influence of the different geometrical and geotechnical parameters of the dike and the cavity. The results of the numerical modeling confirmed those of the analytical method. As operational conclusion, the results of the analytical model can be used to help assessing hazard due to the dike collapse taking into account the likelihood of an existing cavity, its position and diameter, and the thickness of the alluvium layer, regarding the data from the Val d’Orléans area

La modélisation de la migration des hydrocarbures dans les bassins sédimentaires a pour but d'évaluer leur potentiel pétrolier, en localisant et en quantifiant les accumulations d'hydrocarbures au sein des formations géologiques. Dans cette thèse, nous étudions les modèles de migration de type "Darcy" ainsi que des modèles simplifiés de types "ray-tracing" et "invasion percolation"; l'objectif est de mener une analyse critique et de proposer des améliorations tout en fournissant un guide pour une utilisation pertinente sur des cas d'étude.Tout d'abord, nous faisons une revue des mécanismes de la migration depuis l'échelle des pores jusqu'à l'échelle des bassins, puis nous présentons chacun des modèles.Dans le volet suivant, nous proposons deux algorithmes d'invasion percolation : le premier, adapté aux maillages structurés; le second, permettant de mieux prendre en compte les maillages non structurés. Dans un troisième volet, nous nous intéressons à la comparaison entre ces modèles, en nous concentrant sur ceux de types "Darcy" et "invasion percolation". Nous nous focalisons en premier lieu sur les aspects numériques en nous appuyant sur plusieurs cas tests; puis nous effectuons une comparaison formelle en étudiant la limite asymptotique de la solution du modèle de type "Darcy" en temps long. Nous présentons ensuite une série d'applications dont notamment l'étude d'un cas réel 3D en géométrie complexe.Finalement, nous concluons ce travail avec deux articles. Le premier montre une évolution des modèles de type "Darcy" en utilisant la méthode du raffinement local de maillage, avec une illustration sur un cas d'étude du nord du Koweït. Le deuxième synthétise les principaux résultats obtenus concernant les méthodes de "Darcy" et "d'invasion percolation"
Hydrocarbon migration modeling in sedimentary basins aims to localize and to quantify hydrocarbon accumulations in geological formations in order to estimate their petroleum potential. In this thesis, we study “Darcy” migration models and also simplified migration models such as “ray-tracing” and “invasion percolation”; the purpose is to conduct a critical analysis and to offer improvements while providing a guide for a relevant use on case studies.We start by a review of migration mechanisms from the pore scale to the basin scale, then we present each model.In a following part, we propose two invasion percolation algorithms: the first one is suited to structured grids, the second one allows to take better account of unstructured grids.In a third part, we take an interest in the comparison between the different models and particularly between “Darcy” and “invasion percolation” approaches. First we devote our attention to numerical aspects supported by several use cases; then we realize a formal comparison by studying the asymptotic limit of the “Darcy” model large time solution. Afterwards, we present several applications including the study of a 3D real case in complex geometry.Finally, we conclude this work with two articles. The first one shows an evolution of “Darcy” models by using the method of local grid refinement with an illustration on a case study from northern Kuwait. The second one synthesizes the main results on “Darcy” and “invasion percolation” methods

L’objectif global de ce travail est d’étudier une modélisation multi échelle et de développer une méthode adaptée pour la simulation numérique du processus d’érosion à l’échelle du bassin versant. Après avoir passé en revue les différents modèles existants, nous dérivons une solution analytique non triviale pour le système couplé modélisant le transport de sédiments par charriage. Ensuite, nous étudions l’hyperbolicité de ce système avec diverses lois de sédimentation proposées dans la littérature. Concernant le schéma numérique, nous présentons le domaine de validité de la méthode de splitting, pour les équations modélisant l’écoulement et celle décrivant l’évolution du fond. Pour la modélisation du transport en suspension à l’échelle de la parcelle, nous présentons un système d’équations couplant les mécanismes d’infiltration, de ruissellement et le transport de plusieurs classes de sédiments. L’implémentation et des tests de validation d’un schéma d’ordre élevé et de volumes finis bien équilibré sont également présentés. Ensuite, nous discutons sur l’application et la calibration du modèle avec des données expérimentales sur dix parcelles au Niger. Dans le but d’aboutir la simulation à l’échelle du bassin versant, nous développons une modélisation multi échelle dans laquelle nous intégrons le taux d’inondation dans les équations d’évolution afin de prendre en compte l’effet à petite échelle de la microtopographie. Au niveau numérique, nous étudions deux schémas bien équilibrés : le schéma de Roe basé sur un chemin conservatif, et le schéma avec reconstruction hydrostatique généralisée. Enfin, nous présentons une première application du modèle avec les données expérimentales du bassin versant de Ganspoel qui nécessite la parallélisation du code
The overall objective of this thesis is to study a multiscale modelling and to develop a suitable method for the numerical simulation of soil erosion on catchment scale. After reviewing the various existing models, we derive an analytical solution for the non-trivial coupled system modelling the bedload transport. Next, we study the hyperbolicity of the system with different sedimentation laws found in the literature. Relating to the numerical method, we present the validity domain of the time splitting method, consisting in solving separately the Shallow-Water system (modelling the flow routing) during a first time step for a fixed bed and updating afterward the topography on a second step using the Exner equation. On the modelling of transport in suspension at the plot scale, we present a system coupling the mechanisms of infiltration, runoff and transport of several classes of sediment. Numerical implementation and validation tests of a high order wellbalanced finite volume scheme are also presented. Then, we discuss on the model application and calibration using experimental data on ten 1 m2 plots of crusted soil in Niger. In order to achieve the simulation at the catchment scale, we develop a multiscale modelling in which we integrate the inundation ratio in the evolution equations to take into account the small-scale effect of the microtopography. On the numerical method, we study two well-balanced schemes : the first one is the Roe scheme based on a path conservative, and the second one is the scheme using a generalized hydrostatic reconstruction. Finally, we present a first model application with experimental data of the Ganspoel catchment where the parallel computing is also motived

Le dimensionnement d'ouvrages importants, comme les centrales nucléaires sous sollicitations vibratoires ou sismiques, requiert l'étude du comportement des sols de fondation sous l'effet de chargements dynamiques intenses. Dans le but de mieux connaître les phénomènes d'amortissement du sol, un code de calcul capable de simuler la propagation d'une onde sismique de cisaillement dans un milieu dissipatif a été développé. Ce programme, fondé sur un modèle non linéaire hystérétique utilisant les algorithmes de Newmark-Wilson, Newton-Raphson et une discrétisation spatiale à pas variables, s'affranchit des difficultés liées aux discontinuités accéléromètriques. Ces simulations pourraient permettre l'identification des paramètres du sol par comparaison avec des mesures in situ.

Le but de ce travail est d'étudier l'influence de la microstructure de roches poreuses hétérogènes sur le comportement à l'échelle macroscopique. Ainsi, nous avons caractérisé la microstructure et les propriétés micromécaniques (grâce à des tests de nano-indentation) de deux roches oolithiques poreuses (calcaire de Lavoux et minerai de fer) pour calculer leurs propriétés mécaniques et thermiques effectives. Les roches oolithiques sont constituées d'un assemblage de grains poreux (oolithes), de pores et de cristaux intergranulaires. La microscopie électronique à balayage et la tomographie 3D aux rayons X ont été utilisées pour identifier les différents composants de ces roches. Une attention particulière a été accordée à la tomographie aux rayons X car cette méthode analytique permet de caractériser le réseau poreux (taille, distribution spatiale et fraction volumique), ainsi que la forme des oolithes et des cristaux inter-oolithiques. La nouveauté de ce travail réside dans la prise en compte de la forme 3D réelle des pores. Par conséquent, nous avons approximé les oolites poreuses par des sphères et les pores de forme irrégulière par des ellipsoïdes. Cette approximation a été réalisée grâce à l'analyse en composantes principales (ACP), qui fournit les propriétés géométriques telles que la longueur des demi-axes et l'orientation des ellipsoïdes résultants. La sphéricité des oolites approximées a été calculée et les valeurs proches de 1 nous ont permis de considérer les oolithes comme des sphères. Pour vérifier l'approximation dans le cas des pores, nous avons évalué la contribution de ces pores tridimensionnels de forme irrégulière aux propriétés élastiques et thermiques effectives. Ainsi, les tenseurs de contribution de souplesse pour les pores irréguliers 3D et leurs approximations ellipsoïdales ont été calculés en utilisant la méthode des éléments finis (FEM). Ces tenseurs ont été comparés et une erreur relative a été estimée pour évaluer la précision de l'approximation. Cette erreur produit une distance maximale de 4,5% entre les deux solutions pour les pores et les ellipsoïdes, ce qui vérifie la procédure d'approximation proposée basée sur ACP. La méthode numérique FEM a été vérifiée en comparant la solution numérique des tenseurs de contribution des ellipsoïdes à la solution analytique basée sur la théorie d'Eshelby. La différence entre ces deux solutions ne dépasse pas 3%. La même méthode numérique a été utilisée pour calculer les tenseurs de contribution de résistivité thermique. Les tenseurs de souplesse et de résistivité calculés ont été utilisés pour évaluer les propriétés élastiques effectives (module élastique et coefficient de cisaillement) et la conductivité thermique effective en considérant le schéma d'homogénéisation de Maxwell en deux étapes. Les résultats ont montré une influence importante de la porosité sur les propriétés effectives. Enfin, les résultats obtenus pour les pores irréguliers ont été comparés à ceux des ellipsoïdes et ils ont montré un bon accord avec un écart maximal de 4% ce qui vérifie l'approximation des pores de forme irrégulière par des ellipsoïdes triaxiaux
The aim of this work is to study the influence of the microstructure of heterogeneous porous rocks on the behavior at the macroscopic scale. Thus, we characterized the microstructure and micromechanical properties (thanks to nano-indentation tests) of two porous oolitic rocks (Lavoux limestone and iron ore) to calculate their effective mechanical and thermal properties. Oolitic rocks are constituted by an assemblage of porous grains (oolites), pores and inter-granular crystals. Scanning electron microscopy and X-ray 3D Computed Tomography were used to identify the different components of these rocks. Particular attention was given to X-Ray computed tomography since this analytical method allows the characterization of the porous network (size, spatial distribution, and volume fraction), and the shapes of oolites and inter-oolitic crystals. The novelty of this work lies in taking into account the 3D real shape of pores. Hence, we approximated porous oolites by spheres and irregularly shaped pores by ellipsoids. This approximation was performed thanks to the principal component analysis (PCA), which provides the geometrical properties such as length of semi-axes and orientation of resulting ellipsoids. The sphericity of the approximated oolites was calculated and the values close to 1 allowed us to consider oolites as spheres. To verify the approximation in the case of pores, we evaluated the contribution of these irregularly shaped three-dimensional pores to the overall elastic properties. Thus, compliance contribution tensors for 3D irregular pores and their ellipsoidal approximations were calculated using the finite element method (FEM). These tensors were compared and a relative error was estimated to evaluate the accuracy of the approximation. This error produces a maximum discrepancy of 4.5% between the two solutions for pores and ellipsoids which verifies the proposed approximation procedure based on PCA. The FEM numerical method was verified by comparing the numerical solution for compliance contribution tensors of ellipsoids to the analytical solution based on Eshelby’s theory. The difference between these two solutions does not exceed 3%. The same numerical method was used to calculate thermal resistivity contribution tensors. Calculated compliance and resistivity contribution tensors were used to evaluate effective elastic properties (bulk modulus and shear coefficient) and effective thermal conductivity by considering the two-step Maxwell homogenization scheme. The results showed an important influence of the porosity on effective properties. Finally, the results obtained for irregular pores were compared to those for ellipsoidal ones and they showed a good agreement with a maximum deviation of 4% which verifies once again the approximation of irregularly shaped pores by tri-axial ellipsoids

Cette thèse présente une plateforme d'assimilation de données issues de l'imagerie vidéo et intégrée au modèle numérique d'évolution de profil de plage 1DBEACH. Le manque de jeux de données bathymétriques haute-fréquence est un des problèmes récurrents pour la modélisation morphodynamique littorale. Pourtant, des relevés topographiques réguliers sont nécessaires non seulement pour la validation de nos modèles hydro-sédimentaires mais aussi dans une perspective de prévision d'évolution morphologique de nos plages sableuses et d'évolution de la dynamique des courants de baïnes en temps réel. Les récents progrès dans le domaine de l'imagerie vidéo littorale ont permis d'envisager un moyen de suivi morphologique quasi-quotidien et bien moins coûteux que les traditionnelles campagnes de mesure. En effet, les images dérivées de la vidéo de type timex ou timestack rendent possible l'extraction de proxys bathymétriques qui permettent de caractériser et de reconstruire la morphologie de plage sous-jacente. Cependant, ces méthodes d'inversion bathymétrique directes sont limitées au cas linéaire et nécessitent, selon les conditions hydrodynamiques ambiantes, l'acquisition de données vidéo sur plusieurs heures voire plusieurs jours pour caractériser un état de plage. En réponse à ces différents points bloquants, ces travaux de thèse proposaient l'implémentation puis la validation de méthodes d'inversion bathymétrique basées sur l'assimilation dans notre modèle de différentes sources d'observations vidéo disponibles et complémentaires. A partir d'informations hétérogènes et non redondantes, ces méthodes permettent la reconstruction rapide et précise d'une morphologie de plage dans son intégralité pour ainsi bénéficier de relevés bathymétriques haute fréquence réguliers.

Ce travail a pour objectif de développer et d'appliquer une méthode originale permettant de simuler l'écoulement dans un milieu poreux fracturé. Cette méthode repose sur une approche multicouches double continuum permettant de séparer le comportement des différents aquifères présents sur un site. La résolution des écoulements, basée sur la méthode des Eléments Finis de Crouzeix-Raviart, est associée à une méthode inverse (minimisation de type Quasi-Newton combinée à la méthode de l'état adjoint) et à une paramétrisation multi-échelle.La méthode est appliquée dans un premier temps sur l'aquifère fracturé du site expérimental de Poitiers. Les résultats montrent une bonne restitution du comportement de l'aquifère et aboutissent à des champs de transmissivité plus réguliers par rapport à ceux de l'approche simple continuum. L'application finale est réalisée sur le site de Cadarache (taille plus importante et données d'entrée moins denses). Le calage des deux aquifères présents sur le site est satisfaisant et montre que ceux-ci se comportent globalement de façon indépendante. Ce calage pourra être amélioré localement grâce à données de recharge plus fines.