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The present work was devoted to the experimental study of the multiphase flow around inclusions in both Newtonian and non-Newtonian media at respectively microscopic and mesoscopic scales, by means of the Particle Image Velocimetry (both PIV and µ-PIV) and fast camera visualization. Bubbles and drops were experimentally studied starting from their formation, the rising and up to their coalescence and fragmentation. Bubble formation in micro-mixers was also investigated and characterized by measuring the liquid velocity fields. Different parameters, such as the shear rate, the geometry of the micro-mixer, the flow rates or the physical properties were tested to develop correlations of power-law kind. The deformation of a liquid-liquid interface due to the passage of an inclusion was investigated by original experiments in order to observe and describe the dynamics of the phenomenon, to define the reliable dimensionless numbers and also to highlight several interfacial instabilities. The Weissenberg effect was also studied at different scales in various non-Newtonian fluids in comparison with Newtonian fluids to understand the amplification phenomena under the combining effects of instability and normal forces. Finally, the flow around an isolated solid inclusion was characterized by performing the measurements of velocity fields in viscoelastic and shear-thinning fluids. These results were used to confirm the viscoelastic origin of the negative wake behind the solid sphere and to model its characteristics, Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des écoulements diphasiques et triphasiques d'inclusions (bulles, gouttes, sphères) en milieux tant newtoniens que non newtoniens à l'échelle microscopique et mésoscopique, en utilisant la visualisation par une caméra rapide, la vélocimétrie par images des particules (PIV) ainsi que la micro-vélocimétrie par images des particules. Des bulles et des gouttes ont été étudiées expérimentalement depuis leur formation, en passant par leur déformation jusqu'à leur coalescence. La formation de bulles dans des micro-mélangeurs a été étudiée et caractérisée par l'obtention de champs de vitesses. Différents paramètres, tels que le cisaillement, la géométrie de la zone de formation, les débits ou encore les propriétés physiques ont été testés afin de développer des lois d'échelles. La traversée d'une interface liquide-liquide par une inclusion a été abordée par des expériences originales, permettant de décrire la dynamique du phénomène, de définir des nombres adimensionnels et de mettre en évidence des instabilités interfaciales. L'effet Weissenberg a également été étudié aux différentes échelles afin de comprendre les phénomènes conduisant à son amplification. Enfin, en milieu viscoélastique et rhéofluidifiant, nous avons caractérisé l'écoulement autour d'une inclusion isolée solide par l'obtention de champs de vitesses. Ces résultats ont permis de confirmer l'origine viscoélastique du sillage négatif et de prédire ses caractéristiques

The objective of this study is to develop new methodologies to identify the spatial distribution of permeability values inside the heterogeneous core samples. We developed laboratory viscous miscible displacements by injecting high viscosity glycerin into the core samples initially saturated by low viscosity brine. The pressure drop across the samples was measured as a function of time until breakthrough. Meanwhile, CT scan measurements provided a 3D porosity map plus several 3D maps of concentration distribution inside the core samples at different times. A simple permeability mapping technique was developed deducing a one-dimensional permeability profile along the flow direction from the measured pressure drop data. The method was validated with both numerical and laboratory experiments. To go beyond one-dimensional characterization of permeability into cores, we developed an iterative process for matching pressure and concentration data. This method consisted of two steps: a simple optimization for capturing the permeability heterogeneity along the flow direction axis and a complex optimization for capturing transversal permeability heterogeneities. The methodology was validated by numerical data. It was also applied to the data collected from two laboratory viscous miscible displacements. We showed that the final 3D permeability models reproduce well the measured pressure drop and concentration data, L'objet de cette thèse est de développer des méthodologies permettant d'identifier la distribution spatiale des valeurs de perméabilité dans des échantillons de roches. Nous avons tout d'abord développé en laboratoire des expériences d'injection de fluide miscible très visqueux dans des échantillons initialement saturés par une saumure peu visqueuse. Pendant l'injection, l'évolution au cours du temps de la pression différentielle entre les deux faces de l'échantillon a été enregistrée par des capteurs de pression. En outre, des mesures scanner ont fourni une carte 3D de la porosité ainsi que des cartes 3D décrivant la distribution spatiale des concentrations dans l'échantillon à différents temps. Nous avons mis en place une méthode d'interprétation donnant directement le profil 1D de la perméabilité le long de la direction d'écoulement à partir de la pression différentielle mesurée au cours du temps. Cette méthode a été validée numériquement et expérimentalement. Puis, afin d'affiner la description de l'agencement des valeurs de perméabilité dans l'échantillon, c'est à dire d'obtenir un modèle 3D de perméabilité représentatif de l'échantillon, nous avons développé une méthodologie itérative de calage des pressions et des concentrations. Cette méthode passe par deux étapes : une optimisation simple pour capturer l'hétérogénéité dans la direction de l'écoulement et une optimisation complexe pour capturer l'hétérogénéité transverse. Cette méthode a été validée à partir de tests numériques. La méthode a été appliquée à deux des expériences d'injection de fluide visqueux. Nous avons pu alors déterminer des modèles de perméabilité capables de reproduire assez bien les données de pression et de concentration acquises pendant l'injection

Conférence inédite prononcée dans le cadre du séminaire Interart (JF Guennoc et PE Yavuz dir.), EHESS, Paris.; National audience; La théorie peut-elle être un médium, au même titre que la photographie ou la peinture ? Chez Benoît Maire (né en 1978 à Pessac, vit et travaille à Paris) la topique de la coulure traverse ses œuvres, sous l'aspect de peintures monochromes, de scènes tragiques, de récits ou de schémas de modélisation en mécanique des fluides qui tendent au chaos. Le mot " coulure ", synonyme d'échec de la peinture, endosse des sens transitoires et devient la trace visible d'une manifestation théorique mise à l'épreuve par l'artiste.

Conférence inédite prononcée dans le cadre du séminaire Interart (JF Guennoc et PE Yavuz dir.), EHESS, Paris.; National audience; La théorie peut-elle être un médium, au même titre que la photographie ou la peinture ? Chez Benoît Maire (né en 1978 à Pessac, vit et travaille à Paris) la topique de la coulure traverse ses œuvres, sous l'aspect de peintures monochromes, de scènes tragiques, de récits ou de schémas de modélisation en mécanique des fluides qui tendent au chaos. Le mot " coulure ", synonyme d'échec de la peinture, endosse des sens transitoires et devient la trace visible d'une manifestation théorique mise à l'épreuve par l'artiste.

Three different measuring techniques were used to study the fluid distribution inside a trickle-bed reactor: the wire mesh tomography, the liquid collector and a set of thermistors. The liquid collector and specially the wire mesh tomography, whose first application in trickle bed reactors is described here, yielded interesting results concerning the influence of variables such as the initial liquid distribution, the loading method and the fluid flow rates on liquid maldistribution. Among the main observations, the study illustrates the importance of well defining liquid maldistribution in terms of the measured quantity and prompts to some caution when referring to some normally accepted facts like the advantages in terms of liquid distribution obtained when increasing the gas flow rate (which depends, according to this study, on the quality of initial liquid distribution) or when using a dense loading of the catalyst (the hypothesis according to which, compared with a sock loading, dense loading favors radial dispersion was not verified by the study). Also, a study performed under high interaction conditions showed the intimate relationship between the inlet distribution and the flow regime observed inside the reactor, Trois techniques de mesure différentes ont été utilisées pour étudier la distribution des fluides dans un lit fixe : la tomographie à fils, le collecteur de liquide et un ensemble de thermistances. La tomographie à fils, dont la première application dans le cadre des lits fixes est décrite ici, a permis, tout comme le collecteur de liquide, d'obtenir des résultats intéressants concernant l'influence de paramètres tels que la distribution initiale, le type de chargement et les débits de fluides sur la distribution du liquide. L'étude a notamment montré l'importance de bien définir la maldistribution de liquide en termes de la grandeur mesurée et a apporté un regard critique vis-à-vis des consensus généraux concernant l'effet sur la distribution de liquide de paramètres tels que le débit de gaz (dont les expériences ont montré qu'elle dépend du distributeur utilisé) et le type de chargement (l'hypothèse selon laquelle le chargement dense disperse mieux le liquide dans la direction radiale par rapport au chargement lâche n'a pas été vérifié). Une étude réalisée en régime à haute interaction a permis aussi d'observer la relation étroite qui existe entre la distribution initiale et le régime d'écoulement

N this work we determined the liquid-vapour phase diagram from the integral equations method in the case of interaction potentials representing not only simple liquids, but also complex ones through the coarse-grain concept. We chose a new formulation of the integral equation of Sarkisov characterised by high thermodynamic self-consistency without adjustable parameter. The set of integral equations is solved numerically according to Labik et al. algorithm, while the derivatives of the correlation functions are computed in a formally exact way by a tangent linear method. Finally, the phase diagram is scanned resorting to a self-adapting method producing accurate determinations of both the spinodal and binodal lines as well as of the critical point. In a first stage, we built up and tested our approach in the cases of hard-spheres and Lennard-Jones fluids. Then, we studied structural and thermodynamic properties, as well as phase diagrams of two families of fluids: the first one interacting with hard-core Yukawa-type potentials and the second one with discrete potentials. In each case, our results were compared with simulation predictions available in the literature. We were also able to study the evolution of the phase diagram with the features of the potential, and we observed a liquid-liquid phase transition in a specific discrete potential fluid. Finally, we also studied some metallic systems whose effective potentials depend on the density., Dans ce travail, nous avons déterminé le diagramme de phases liquide-vapeur par la méthode des équations intégrales pour des modèles d interactions représentant non seulement des liquides simples, mais aussi des liquides complexes grâce au concept de ¡gros grains¡ . Notre choix s est porté sur une nouvelle formulation de l équation intégrale de Sarkisov qui a une bonne cohérence thermodynamique sans paramètre ajustable. La résolution du système d équations intégrales est opéré par la méthode de Labik et al., alors que le calcul des dérivées des fonctions de corrélation est réalisé de manière formellement exact grâce à un outil de différentiation automatique de code par la méthode linéaire tangent. Enfin, l exploration efficace du diagramme de phases est rendue possible par une technique adaptative garantissant une détermination précise des lignes binodales et spinodales ainsi que du point critique. Dans la première phase, nous avons mis au point et validé notre approche pour un fluide de sphères dures et pour celui de Lennard-Jones. Nous avons ensuite étudié les propriétés structurales, les grandeurs thermodynamiques et le diagramme de phases de deux familles de potentiels¡: la première regroupant les potentiels de type Yukawa, la seconde correspondant aux potentiels discrets. Dans chacun de ces cas, les résultats ont été validés par comparaison avec les résultats de simulations numériques disponibles dans la littérature. Nous avons également pu étudier l évolution du diagramme de phases avec les caractéristiques du potentiel, ainsi que l apparition d un transition liquide-liquide dans un cas particulier de potentiels discrets. Enfin, nous avons aussi entendu notre étude aux systèmes métalliques dont les potentiels effectifs dépendent de la densité.

N this work we determined the liquid-vapour phase diagram from the integral equations method in the case of interaction potentials representing not only simple liquids, but also complex ones through the coarse-grain concept. We chose a new formulation of the integral equation of Sarkisov characterised by high thermodynamic self-consistency without adjustable parameter. The set of integral equations is solved numerically according to Labik et al. algorithm, while the derivatives of the correlation functions are computed in a formally exact way by a tangent linear method. Finally, the phase diagram is scanned resorting to a self-adapting method producing accurate determinations of both the spinodal and binodal lines as well as of the critical point. In a first stage, we built up and tested our approach in the cases of hard-spheres and Lennard-Jones fluids. Then, we studied structural and thermodynamic properties, as well as phase diagrams of two families of fluids: the first one interacting with hard-core Yukawa-type potentials and the second one with discrete potentials. In each case, our results were compared with simulation predictions available in the literature. We were also able to study the evolution of the phase diagram with the features of the potential, and we observed a liquid-liquid phase transition in a specific discrete potential fluid. Finally, we also studied some metallic systems whose effective potentials depend on the density., Dans ce travail, nous avons déterminé le diagramme de phases liquide-vapeur par la méthode des équations intégrales pour des modèles d interactions représentant non seulement des liquides simples, mais aussi des liquides complexes grâce au concept de ¡gros grains¡ . Notre choix s est porté sur une nouvelle formulation de l équation intégrale de Sarkisov qui a une bonne cohérence thermodynamique sans paramètre ajustable. La résolution du système d équations intégrales est opéré par la méthode de Labik et al., alors que le calcul des dérivées des fonctions de corrélation est réalisé de manière formellement exact grâce à un outil de différentiation automatique de code par la méthode linéaire tangent. Enfin, l exploration efficace du diagramme de phases est rendue possible par une technique adaptative garantissant une détermination précise des lignes binodales et spinodales ainsi que du point critique. Dans la première phase, nous avons mis au point et validé notre approche pour un fluide de sphères dures et pour celui de Lennard-Jones. Nous avons ensuite étudié les propriétés structurales, les grandeurs thermodynamiques et le diagramme de phases de deux familles de potentiels¡: la première regroupant les potentiels de type Yukawa, la seconde correspondant aux potentiels discrets. Dans chacun de ces cas, les résultats ont été validés par comparaison avec les résultats de simulations numériques disponibles dans la littérature. Nous avons également pu étudier l évolution du diagramme de phases avec les caractéristiques du potentiel, ainsi que l apparition d un transition liquide-liquide dans un cas particulier de potentiels discrets. Enfin, nous avons aussi entendu notre étude aux systèmes métalliques dont les potentiels effectifs dépendent de la densité.

The mechanical role of seepage forces on hydraulic fracturing and failure patterns was studied both by the analytical methods of the continuum mechanics and by numerical simulations. Seepage forces are frictional forces caused by gradients of pore-fluid pressure. Formation of different failure patterns (localized shear bands or tensile fractures) driven by the localized fluid overpressure in the poro-elasto-plastic medium was studied using a numerical code specially developed for this purpose. The pre-failure condition for different failure patterns and fluid pressure at the failure onset was predicted using a new analytical solution. In the analytical solution the elliptical cavity filled with fluid in the non-hydrostatic far-field stress-state is considered. Since, the fluid pressure inside cavity differs from the far-field pore-fluid pressure; the poroelastic coupling is taking into account in the calculation of the deformation. Using Griffith's theory for failure and this analytical solution, the generalized equation for the effective stress law was obtained. This generalized effective stress law controls the failure in the fluid-saturated porous medium with a non-homogeneous fluid pressure distribution., L'effet mécanique des forces de succion, forces exercées par un fluide qui se déplace dans un milieu poreux, a été étudié dans le cadre de la fracturation hydraulique des roches de la croûte terrestre. Cet effet a été étudié par des méthodes analytiques issues de la mécanique des milieux continus, et par des simulations numériques. Ces forces de succion sont des forces de frottement causées par des gradients de pression fluide dans les milieux poreux. Différents modes de fracturation (bandes de cisaillement localisées, fractures en mode I) causés par une augmentation localisée de la pression fluide dans la croûte ont été reproduits dans un milieu poro-élastique grâce à plusieurs codes numériques spécialement développés à cet effet. La valeur de la pression fluide lors de la nucléation de la fracturation est aussi prédite à l'aide d'une nouvelle solution analytique. Dans la solution analytique, une cavité elliptique dans un solide poreux est remplie avec un fluide à une pression non-hydrostatique. On considère aussi que le milieu poreux est soumis à un champ de contrainte externe. Puisque la pression du fluide dans la cavité est différente de la pression de pore dans la roche; le couplage poro-élastique est pris en compte dans le calcul des déformations. A partir de la théorie de Griffith qui donne une condition pour la propagation d'une fracture, et en utilisant la solution analytique obtenue, une équation généralisée a été obtenue pour la contrainte effective dans le milieu. Cette nouvelle loi décrit la fracturation dans un milieu poreux saturé avec un fluide, et dans lequel la distribution de pression fluide n'est pas homogène.

Inclusions removal by flotation in mechanically agitated vessels is widely used in liquid aluminium treatments. This process consists of gas injection in a molten aluminium reactor using an impeller. Inclusions are attached to the bubbles while rising into the liquid bulk and released in the froth at the vessel surface.With the aim of both a better understanding of the physical processes acting during flotation and the optimization of the refining process, a 2D mathematical modelling of the flotation tank was set up. Transport phenomena, sedimentation, agglomeration and flotation of inclusions were considered here. The model couples Population Balance with convective transport of the inclusions, in the multiphase flow field. Simulations showed that a good dispersion of the bubbles into the tank, especially in the high turbulence zones, is essential for an efficient process. This situation was achieved with a strong agitation. Gas flow affected the process efficiency weakly.Theoretical and experimental studies on chlorine effects were done. It was noticed that a critical amount of chlorine into the melt is required for the flotation to be efficient. Complete understanding of chlorine role is not achieved yet, but promising ideas for future research have been exhibited, L'élimination des inclusions indésirables par flottation en cuve agitée est un procédé largement utilisé dans l'industrie de l'aluminium. Ce procédé consiste en l'injection de gaz au sein de la cuve par le biais d'un rotor ; les bulles ainsi formées captent, lors de leur ascension dans le métal liquide, les inclusions et les drainent en surface où elles sont éliminées mécaniquement.Dans le but de prédire l'évolution numérale de la population d'inclusions dans la cuve de flottation au cours du temps, un modèle 2D a été développé. Afin de rendre compte du transport convectif des inclusions au sein de l'écoulement diphasique métal liquide bulles, des phénomènes de décantation, d'agglomération et de flottation, ce modèle couple la Mécanique des Fluides Numérique et la technique des Bilans de Population. Une attention particulière a été portée aux modèles d'agglomération et de flottation pour qu'ils soient applicables sur une grande plage de conditions de turbulence.Les simulations numériques réalisées, nous ont notamment permis de mettre en évidence l'importance de veiller à une bonne répartition des bulles dans la cuve, en particulier dans les zones de forte turbulence. En parallèle de ce travail de modélisation, une analyse de la littérature et des travaux expérimentaux sur métal liquide ont été réalisés, afin de mieux comprendre le rôle du chlore dans le procédé de flottation. Un effet de seuil a ainsi pu être mis en évidence : une certaine quantité de chlore injectée dans le métal est nécessaire pour que la flottation devienne efficace. La compréhension du rôle du chlore reste cependant partielle, mais des pistes de recherche prometteuses ont put être identifiées

Inclusions removal by flotation in mechanically agitated vessels is widely used in liquid aluminium treatments. This process consists of gas injection in a molten aluminium reactor using an impeller. Inclusions are attached to the bubbles while rising into the liquid bulk and released in the froth at the vessel surface.With the aim of both a better understanding of the physical processes acting during flotation and the optimization of the refining process, a 2D mathematical modelling of the flotation tank was set up. Transport phenomena, sedimentation, agglomeration and flotation of inclusions were considered here. The model couples Population Balance with convective transport of the inclusions, in the multiphase flow field. Simulations showed that a good dispersion of the bubbles into the tank, especially in the high turbulence zones, is essential for an efficient process. This situation was achieved with a strong agitation. Gas flow affected the process efficiency weakly.Theoretical and experimental studies on chlorine effects were done. It was noticed that a critical amount of chlorine into the melt is required for the flotation to be efficient. Complete understanding of chlorine role is not achieved yet, but promising ideas for future research have been exhibited; L'élimination des inclusions indésirables par flottation en cuve agitée est un procédé largement utilisé dans l'industrie de l'aluminium. Ce procédé consiste en l'injection de gaz au sein de la cuve par le biais d'un rotor ; les bulles ainsi formées captent, lors de leur ascension dans le métal liquide, les inclusions et les drainent en surface où elles sont éliminées mécaniquement.Dans le but de prédire l'évolution numérale de la population d'inclusions dans la cuve de flottation au cours du temps, un modèle 2D a été développé. Afin de rendre compte du transport convectif des inclusions au sein de l'écoulement diphasique métal liquide bulles, des phénomènes de décantation, d'agglomération et de flottation, ce modèle couple la Mécanique des Fluides Numérique et la technique des Bilans de Population. Une attention particulière a été portée aux modèles d'agglomération et de flottation pour qu'ils soient applicables sur une grande plage de conditions de turbulence.Les simulations numériques réalisées, nous ont notamment permis de mettre en évidence l'importance de veiller à une bonne répartition des bulles dans la cuve, en particulier dans les zones de forte turbulence. En parallèle de ce travail de modélisation, une analyse de la littérature et des travaux expérimentaux sur métal liquide ont été réalisés, afin de mieux comprendre le rôle du chlore dans le procédé de flottation. Un effet de seuil a ainsi pu être mis en évidence : une certaine quantité de chlore injectée dans le métal est nécessaire pour que la flottation devienne efficace. La compréhension du rôle du chlore reste cependant partielle, mais des pistes de recherche prometteuses ont put être identifiées

Thèse confidentielle jusqu'en novembre 2010, levée de la confidentialité en mai 2011; The increase in emissions of greenhouse gases led the European Union to establish policies aiming at the reduction of such emissions. For mobile air conditioning systems, the EU decided to ban the use of refrigerants with GWP > 150 for the new platforms starting in 2011, and progressively for all new vehicles as of 2017. CO2 is a candidate refrigerant to the replacement of high GWP refrigerants. The thermodynamic properties of CO2 imply supercritical refrigerating cycle with low energy performance when the sink temperature is above 31°C. The high pressure of the system could be optimized in order to maximize the system COP. The exergy analysis of the cycle shows that the main irreversibilities are in the compression and isenthalpic expansion. The refrigeration cycle using two-phase ejector (equivalent to two-stage compression refrigeration cycle with total injection and isentropic expansion) is a solution to reduce irreversibilities. A 1D model has been elaborated to characterize the operation of the ejector and to design ejectors to be tested on a test bench. Comparative tests have been performed on CO2 refrigeration cycles with and without ejectors. The main test results are: -4 control strategies verified experimentally to regulate the high pressure and the evaporating temperature using the electronic expansion device and the compressor external control valve. -Validation of the nozzle model. -Validation of the 1D model by testing 18 different ejectors. The 1D model revealed that a gain in energy efficiency of about 12% is possible using the ejector in the CO2 cycle. The developed nozzles can be coupled to an impulse turbine wheel to become an isentropic expansion turbine. It could be interesting to use the ejector in an air refrigeration loop to evaluate its performances. The use of twophase ejector in CO2 heat pumps used to produce domestic hot water at 60°C leads to energy efficiency improvement of about 10% compared to CO2 classical systems.; L'accroissement des émissions de gaz à effet de serre a amené l'Union Européenne à établir des politiques de réduction des émissions de ces gaz. Pour ce qui concerne la climatisation automobile, l'Union Européenne a décidé d'arrêter l'utilisation des fluides frigorigènes dont le GWP supérieur à 150 pour les nouvelles plate-formes à partir de 2011, et progressivement pour l'ensemble des véhicules neufs à partir de 2017. Le CO2 est un fluide candidat pour remplacer les fluides à GWP élevé. Les propriétés thermodynamiques du CO2 impliquent un cycle frigorifique trans-critique à basses performances énergétiques pour une température de puits supérieure à 31°C. La haute pression peut être optimisée afin de maximiser le COP du système. L'analyse exergétique du cycle montre que les principales pertes de performances proviennent de la détente isenthalpique et de la compression. Le cycle de réfrigération à éjecteur diphasique (équivalent au cycle de réfrigération à deux étages de compression à injection totale avec détente isentropique) se présente comme une solution qui réduit ces pertes. Un modèle 1D a été élaboré pour caractériser le fonctionnement de l'éjecteur et dimensionner des éjecteurs afin de les tester sur un banc d'essais. Des essais comparatifs ont été menés sur des cycles de réfrigération à CO2 avec et sans éjecteur. Les principaux résultats des essais sont : - quatre stratégies de contrôle expérimentalement vérifiées pour réguler la haute pression et la température d'évaporation via le détendeur électronique et la vanne de contrôle externe du compresseur, - la validation du modèle de la tuyère convergente - la validation du modèle 1D en testant 18 éjecteurs différents. Le modèle 1D développé a montré que l'éjecteur améliore jusqu'à 12% les performances énergétiques du cycle au CO2. Les buses développées peuvent être couplées à une roue pour constituer une turbine à impulsion, organe de détente isentropique. Il serait intéressant d'utiliser l'éjecteur dans une boucle de climatisation à air pour évaluer ses performances. Dans le cadre de pompes à chaleur utilisées pour produire de l'eau chaude sanitaire à 60°C, l'éjecteur diphasique permet une amélioration des performances de l'ordre de 10 % comparativement au cycle classique au CO2.

Most methods for modeling fractured reservoirs rely on the model of Warren and Root (1963). But this model is limited by: the assumption of a representative elementary volume, the evaluation of matrix-fracture transfers, the idealization of the fractured system, the use of local boundary conditions. The developed method overcomes these four points. A fracture network and a matrix grid are jointly discretized, then an upscaling is carried out. A set of representative nodes is selected, and an equivalent simplified system is built by decimating the other nodes while ensuring the preservation of pressure and flow rate and without imposing any boundary conditions. Finally the number of connexions is reduced and the remaining transmissibilities are evaluated by an optimization procedure. These simplified systems have been solved more quickly by the flow simulator while reproducing the fine model behavior; La plupart des méthodes pour la modélisation des réservoirs fracturés reposent sur le modèle de Warren et Root (1963). Mais ce modèle reste limité par : l'hypothèse d'un volume élémentaire représentatif, l'évaluation des transferts matrice-fractures, l'idéalisation du système fracturé, l'emploi de conditions aux limites locales. La méthode développée répond à ces quatre points. Un réseau de fractures et une grille de matrice sont discrétisés conjointement, puis un changement d'échelle est réalisé. Un ensemble de neuds représentatifs est sélectionné, et un système simplifié équivalent est construit par décimation des autres neuds en assurant la conservation des pressions et des débits sans imposer de conditions aux limites. Enfin le nombre de connexions est réduit et les transmissibilités restantes sont calculées par une procédure d'optimisation. Ces systèmes simplifiés ont été résolus plus rapidement lors de simulations d'écoulement tout en reproduisant le comportement du modèle fin

Most methods for modeling fractured reservoirs rely on the model of Warren and Root (1963). But this model is limited by: the assumption of a representative elementary volume, the evaluation of matrix-fracture transfers, the idealization of the fractured system, the use of local boundary conditions. The developed method overcomes these four points. A fracture network and a matrix grid are jointly discretized, then an upscaling is carried out. A set of representative nodes is selected, and an equivalent simplified system is built by decimating the other nodes while ensuring the preservation of pressure and flow rate and without imposing any boundary conditions. Finally the number of connexions is reduced and the remaining transmissibilities are evaluated by an optimization procedure. These simplified systems have been solved more quickly by the flow simulator while reproducing the fine model behavior, La plupart des méthodes pour la modélisation des réservoirs fracturés reposent sur le modèle de Warren et Root (1963). Mais ce modèle reste limité par : l'hypothèse d'un volume élémentaire représentatif, l'évaluation des transferts matrice-fractures, l'idéalisation du système fracturé, l'emploi de conditions aux limites locales. La méthode développée répond à ces quatre points. Un réseau de fractures et une grille de matrice sont discrétisés conjointement, puis un changement d'échelle est réalisé. Un ensemble de neuds représentatifs est sélectionné, et un système simplifié équivalent est construit par décimation des autres neuds en assurant la conservation des pressions et des débits sans imposer de conditions aux limites. Enfin le nombre de connexions est réduit et les transmissibilités restantes sont calculées par une procédure d'optimisation. Ces systèmes simplifiés ont été résolus plus rapidement lors de simulations d'écoulement tout en reproduisant le comportement du modèle fin

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Nous considérons un tube incliné dans lequel deux fluides de densités différentes sont placés en situation instable dans un champ de pesanteur. La distribution de concentration résultant du mélange de ces deux fluides est étudiée par simulation directe en fonction de l'angle d'inclinaison $\theta$ entre la verticale et le tube. Nous vérifions que dans le cas d'un tube de section circulaire, la vitesse du front de l'instabilité est déterminée par le contraste relatif de densité entre le front et le fluide ambiant pour une large gamme d'inclinaisons $\theta$ allant de 0\degre à 80\degre environ. En deux dimensions, la vitesse de propagation du front est bien plus faible qu'en géométrie circulaire, quel que soit $\theta$, même si elle est toujours corrélée au contraste de densité local au front. Cette différence de comportement apparaît liée à la structure du champ de vorticité généré par l'instabilité. En effet, les tourbillons bidimensionnels sont bien plus cohérents que leurs homologues tridimensionnels. Ainsi le canal de fluide pur alimentant le front peut être détruit plus facilement en 2D qu'en 3D, ce qui fait décroître le rapport des densités au front en 2D.

Tighza (or Jebel Aouam) is an important Hercynian Pb-Ag-Zn mining district also rich in gold and tungsten. Major gold-bearing structures are transpressive sinistral quartz veins striking N70°E to N 110°E hosting 1) an early hyaline tungsten-bearing quartz Q1a cataclased into saccharoidal Q1b quartz, and 2) a seldom Q2 quartz with sulphides (lollingite – arsenopyrite) and gold, and 3) a pyrrhotite – sphalerite (chalcopyrite) stage. Perigranitic zoning is obvious, gold grade decreasing quickly when going away from the « granite de la mine”. Skarns associated with « granite du mispickel » display four stages of development: major andradite– F-bearing vesuvianite, hedenbergite, zoned hydrogrossulaire, and retrograde F-bearing actinote. Sulphides indicate mostly an infiltration of gold-bearing hydrothermal fluids rather than a retrograde evolution of skarn. Both hyaline and saccharoidal quartz display calcic aquo-carbonic fluids with minor H2S and Cu, of homogeneous composition (X H2O : 81 mole % ; X CO2 : 18 mole % ; X NaCl : about 1 mole %). Trapping pressure is about 1,5 to 2 kbars with a temperature ranging from 300 to 350°C. These early inclusions have undergone explosions indicating an uplift of Tighza block, and leading to saccharoidal Q2 quartz with multiphased NaCl-saturated fluid inclusions. 40Ar/39Ar dating demonstrate that « granite de la mine », tungsten skarnoid, and scheelite – molybdenite ore vein are coeval, emplaced at 286 +/- 1 Ma. On the opposite, main gold-bearing vein, W1 nord, emplaced before this granite (291,8 +/- 0,3 Ma). Morphology of gold-bearing deposits is moreover dependent of the permeability and reactivity of host-rocks: an open fracture reactivated by a magmatic episode gives birth to a gold-bearing vein, whereas a more reactive rock, such as carbonate, results in disseminations or skarns. Lead isotope and field arguments discard a relationship between Pb-Ag and Au ore deposits at Tighza., Tighza (ou Jebel Aouam) est un important district minier hercynien exploité pour Pb-Ag-Zn mais également riche en or et tungstène. Les structures aurifères majeures sont des filons quartzeux en transpression sénestre N70 °E à N 110 °E qui montrent 1) un quartz hyalin Q1a à tungstène, cataclasé en quartz saccharoïde Q1b, 2) un quartz Q2 (rare) à sulfures (löllingite – arsénopyrite) et or, et 3) un stade à pyrrhotite – sphalérite (chalcopyrite). La zonalité périgranitique est très nette, les teneurs en or diminuant rapidement en s'éloignant du granite de la mine. Les skarns du granite du mispickel montrent 4 stades de développement à andradite dominante - vésuvianite fluorée, hédenbergite, hydrogrossulaire fluoré, et actinote fluorée. Les sulfures marquent l'infiltration de fluides minéralisés aurifères, et non pas une évolution rétrograde du skarn. Les quartz hyalin et saccharoïde montrent des fluides aquo-carboniques calciques, à H2S et cuivre, de composition constante (X H2O : 81 mole % ; X CO2 : 18 mole % ; X NaCl : 1 mole % environ). La pression de piégeage est de l'ordre de 1,5 à 2 kbars avec une température moyenne de 300 à 350°C. Ces inclusions précoces subissent des explosions, traduisant une remontée du bloc de Tighza et amenant la recristallisation d'un quartz saccharoïde Q2, à inclusions multiphasées sursaturées. Les datations 40Ar/39Ar démontrent le synchronisme à 286 +/- 1 Ma du granite de la mine, des skarnoïdes à tungstène et des filons à scheelite – molybdénite, et suggèrent l'antériorité du filon aurifère W1 nord (291,8 +/- 0,3 Ma) par rapport au granite de la mine. La morphologie des minéralisations aurifères semble fonction de la perméabilité et de la réactivité de l'encaissant : une fracture précoce ouverte réactivée donne les filons aurifères, tandis qu'un encaissant plus réactif donne les disséminations aurifères et les skarns. Les arguments de terrain et les compositions isotopiques du plomb excluent une parenté entre les minéralisations plombo-argentifères et aurifères.

Modelling fluid-rock interactions as well as mixing and unmixing phenomena in geological processes requires robust equations of state which must be applicable to systems containing water, gases over a broad range of temperatures and pressures. The accuracy of cubic equations of state (based on the Van der Waals theory) becomes poor when water is a major component of the fluid since neither association trough hydrogen bonding nor dipolar interactions are accounted for. The Helmholtz energy of a fluid may be written as the sum of different energetic contributions by factorization of partition function. The model developed for the pure H2O and H2S considers three contributions. The first represents the reference Van der Waals fluid which is modelled by the SRK cubic EOS. The second accounts for association through hydrogen bonding and is modelled by a term derived from Cubic Plus Association theory. The third corresponds to the dipolar interactions and is modelled by the Mean Spherical Approximation (MSA) theory. The resulting CPAMSA equation has six adjustable parameters, which three represent physical terms whose values are close to their experimental counterpart. This equation results in a better reproduction of the thermodynamic properties of pure H2O and H2S than obtained using the classical CPA or SRK equation along the vapour-liquid equilibrium. In addition, extrapolation to higher temperatures and pressure is satisfactory. Simple mixing rules between dipolar molecules are proposed to model the H2O-H2S binary system using a symmetrical approach. Calculated phase equilibria in the H2O-H2S, H2O-CO2, H2O-CH4 systems reproduced the experimental data within 7% of errors., L'étude des fluides géologiques passe par la description précise des propriétés thermodynamiques des systèmes eau - gaz sur de larges gammes de températures, pressions et compositions à partir d'équations d'état. Les équations d'état cubiques de type Van der Waals couramment utilisées telles que SRK ou PR permettent des calculs simples à partir des paramètres critiques des fluides étudiés. En revanche, la précision de ces modèles se dégrade lorsque l'eau devient un composant majeur du mélange puisque ni l'association par liaisons hydrogènes ni les interactions dipolaires ne sont prises en compte dans ces modèles. L'énergie de Helmholtz d'un fluide peut être écrite sous la forme de la somme des différentes contributions énergétiques. Le modèle développé ici pour H2O et H2S considère trois contributions : celle du fluide de référence de type Van der Waals prise en compte par une équation cubique, celle de l'association par liaison hydrogène par un terme issu du modèle CPA et celle des interactions dipolaires entre molécules non liées par la théorie MSA. Le modèle CPAMSA ainsi proposé est à six paramètres ajustables dont trois sont des grandeurs physiques compatibles avec leur estimation expérimentale. Les propriétés thermodynamiques de H2O et H2S sont ainsi sensiblement mieux reproduites qu'avec le modèle CPA le long de l'équilibre liquide - vapeur et les extrapolations à plus hautes températures et pressions sont satisfaisantes. Des règles de mélange simples entre molécules dipolaires ont été élaborées afin de modéliser le système binaire H2O-H2S par une approche symétrique. Les compositions des phases à l'équilibre liquide - vapeur sont reproduites avec des déviations inférieures à 7% tout comme pour les systèmes H2O-CO2 et H2O-CH4. Les paramètres d'interaction binaire ajustés sur les données expérimentales sont proches de zéro confirmant que le modèle proposé prend bien en compte les principales contributions énergétiques de ces fluides.

Trenchless Technology, mainly Horizontal Directional Drilling (HDD) & Micro tunnelling using drilling fluids, has been expanding for several years. These new construction methods have undoubtedly gained wide acceptance, particularly in highly congested urban areas and in environmental engineering like soil remediation of industrial sites. In the framework of the National Project “Microtunnels” a work group of FSTT (French Society for Trenchless Technology) has proposed “a drilling fluids research program” to manage the drilling fluids used during soil’s excavation. It’s worth looking at for various criteria: technical performances, economic and environmental considerations to reduce dumping and wastage during the underground works. HDD requires the use of large volumes of drilling fluids that provide the following functions: hydraulic cutting with a jet, providing energy to the drill motor, lubricating and cooling the cutting head to reduce torque and drag, transporting drill cuttings to the surface, stabilising the hole against collapse, guarding against loss of drilling fluid into surrounding formations. The drilling mud is pumped downhole, circulates back to the surface and is collected in return the pit, then passed through machinery that separates the cuttings from the slurry. Drilling muds are bentonite based. They are very sensitive to either physical chemical contamination. During drilling operation, their physico-chemical properties are constantly modified because of the excavated soil/water interaction inducing different flow and filtration properties, which have implications for the drilling performance. Significant amounts of drilling mud are normally disposed of at the end of a project. Logistics for disposal is extremely site specific.This drilling mud can be disposed of by:- Use at another drilling location.- Spread onto raw land for water retention improvement.- Evacuation to dump site after treatment with cement, lime, water retention polymer…- Treated to separate the solid phase (bentonite and cuttings) and the liquid fraction (water).This paper describes:1. Consequences of waste treatment and disposal at the working end; management criteria, key parameters and limit value.2. Different cases obtained from standard bentonite fluids to more complex bentonite/polymers systems., Le forage horizontal dirigé est une technique assez récente, qui permet de passer sous des obstacles (voies d’eau, voies ferrées, bâtiments…), de linéariser les réseaux et de limiter la gêne due aux travaux en tranchées ouvertes. La réussite d’un forage dépend notamment du fluide de forage utilisé, qui est souvent composé de bentonite et de polymères. Or la nature de ce fluide peut varier fortement d’un site à l’autre en fonction des terrains traversés. En fin de chantier, la boue devient un déchet, qu’il faut éliminer et traiter éventuellement. Les entreprises sont juridiquement responsables, comme productrices et détentrices, des boues de forage considérées comme un déchet. L’objet de ce travail est de présenter une analyse permettant de définir des critères à considérer pour l’admissibilité en décharge, et des résultats de tests pratiqués en laboratoire sur plusieurs types de fluides.

The Solomon Islands are a double chain of islands in the Pacific Ocean (Noth-east of Australia) resulting from the recent collision (The Choiseul peridotites are interpreted to have two stage origins: 1-residual harzburgites formed beneath an ocean ridge; 2) infiltration of a reactive metasomatic agent released from the slab. Similar but more complex metasomatic process results in the formation of the pyroxenites from San Jorge and Santa Isabel. This metasomatic agent released from the slab is likely to represent an hydrous granitic melt derived from the subducted sediments. The mafic rocks (including the basalts and gabbros) are interpreted as portions of an arc-backarc crust. As a result, the formation and the exhumation of the ultramafic and mafic rocks from the Solomon Islands are directly related to the OJP-arc collision., Les Iles Salomon forment une double chaîne d'îles située au nord-est de l'Australie entre la Papousie Nouvelle Guinée et les Iles Vanuatu (Océan Pacifique), résultant de la récente collision (Les harzburgites de Choiseul et les pyroxénites de Santa Isabel et San Jorge ne sont pas liées à OJP mais résultent d'un mécanisme complexe du métasomatisme du manteau d'arc par des fluides issus de la plaque subductée. Ces fluides, riches en éléments lithophiles (Cs, Ba, Rb, Sr et Pb) sont des magmas hydratés résultant de la fusion des sédiments subductés. Les roches mafiques (incluant les basaltes et les gabbros) représentent un complexe ohiolitique complet de bassin d'arc. En conclusion, la formation et l'exhumation de ces roches ultramafiques et mafiques des Iles Salomon sont étroitement liées à la collision OJP-arc.

The hydrodynamics in a bubble column with non Newtonian fluids is a very complex problem. It is so even when the study is restricted to the case of a single bubble chain. Fluid's memory of long range, that governs bubbles' interactions and coalescences, leads usually to chaotic dynamics. A multiscale modelling approach has been realised to reach a convenient description of the complex system and to predict its global properties. Three different scales were considered: microscale, mesoscale and macroscale. Modelling results obtained at a scale are used as input to build the model of higher scale. ln such a way, Lattice Boltzmann (LB) simulation allows the computation of flow field, bubble shape and viscoelastic stress field, all in good agreement with experiments. A mesoscale model that takes into account the relationship between the bubble rise velocity and local stress encountered by the bubble is deduced from the LB approach. Finally, the cognitive model, that stems from the mesoscale results, gives the prediction of several macroscale properties in function of the column height: bubble number, bubble class distribution, route to chaos and mean bubble diameter. This pluridisciplinary theoretical modelling compares successfully with experimental data., L'hydrodynamique d'une colonne à bulles dont la phase liquide est non newtonienne est une problématique extrêmement complexe, y compris lorsqu'on se limite au cas d'un seul train de bulles. Interactions à longue portée via effets de mémoire au sein du fluide et coalescences entre bulles induisent une dynamique chaotique. Afin de modéliser la colonne à bulles en tant que système complexe dans son ensemble et de prédire ses propriétés globales, une approche multiéchelle a été mise en oeuvre. Trois échelles; microscopique, mésoscopique et macroscopique, interviennent, la prédiction des processus à chaque échelle, reposant sur la compréhension de tous les phénomènes physiques mis en jeu, apporte des éléments de modélisation pour l'échelle supérieure. Ainsi, le champ de vitesse, la forme des bulles et le champ de contrainte viscoélastique qui les entoure ont été prédits par l'approche Lattice Boltzmann, avec un bon accord avec l'expérience. Ces résultats fondent les hypothèses d'un modèle dynamique mésoéchelle reliant la vitesse d'ascension des bulles à la contrainte rencontrée localement, validé par les données expérimentales dans le cas d'un train de bulles périodique. Les propriétés macroscopiques sont prédites au moyen d'un modèle dit "cognitif", inspiré des systèmes multi agents, reposant sur le modèle mésoéchelle et des règles booléennes de comportement. Ainsi, en fonction de la hauteur dans la colonne, nombre de bulles, distributions de taille de bulles, transition vers le chaos et diamètre moyen de bulles sont calculés en bon accord avec l'expérience.

The linear stability of the Poiseuille flow of a Bingham fluid is analysed. The present study is motivated by the problems encountered during the cementation of oil wells. In such situations, it is mandatory to know the structure of the flow of the different fluids involved (cement, mud of drilling). More specifically, the conditions of the transition from the laminar to the turbulent regime are important. The mean flow is essentially characterized by the presence in its central part of a plug zone, which moves as a rigid solid. The modal analysis relies upon an infinitesimal disturbance of the mean flow of exponential form, and shows that the Poiseuille flow is linearly stable. The non normal character of the linear operator demonstrates that a transient growth of the energy associated to the perturbation is possible, for short times. The optimal disturbances and the conditions of non increasing energy are determined, versus the Bingham number.; La stabilité linéaire de l'écoulement de Poiseuille d'un fluide de Bingham est analysée. L'intérêt de cette étude provient des problèmes rencontrés lors de la cimentation de puits de pétrole ; il est ici nécessaire de connaître la structure de l'écoulement des fluides (ciment, boues de forage). En particulier, les conditions de transition laminaire-turbulent sont importantes. L'écoulement de base est caractérisé essentiellement par la présence dans sa partie centrale d'une zone iso-vitesse, où la contrainte est inférieure à un seuil, qui se déplace comme un solide indéformable. L'analyse modale qui repose sur une perturbation de forme exponentielle montre que l'écoulement est linéairement stable. Le caractère non normal de l'opérateur linéaire montre qu'une croissance transitoire de l'énergie de la perturbation est possible aux temps courts. Les perturbations optimales ainsi que les conditions de non augmentation de l'énergie sont déterminées, en fonction du nombre de Bingham.

The Sando Alcalde ore deposit (southwestern Peru) has been studied in order to characterize the physicochemical parameters of the ore fluids and to determine the fluid process (mixing or boiling) which involves the precious metal mineralization. Mineralogy, δ18Oquartz isotopic values and fluid inclusion data give arguments in favour of a boiling phenomenon. This conclusion corroborates fluid inclusion studies previously performed in this area on the low-sulphidation epithermal deposits of Arcata, Orcopampa and Apacheta, where boiling has been described as the main factor for ore deposition

The aim of the paper is to describe the mechanisms which govern the interstitial flow in a semi-solid medium and its influence on the behaviour of the skeleton. A model for the compressible viscoplastic solid coupled with the liquid interstitial flow was studied. A dimensional analysis of this model was made. This analysis shows two dimensionless parameters and which characterize the model ; the first represents compressibility and the second characterizes the liquid influence on the solid and it depends on the characteristic velocity of the problem and on the ratio between the dynamic viscosity of the liquid and the apparent viscosity of the solid. In order to understand the behaviour of these biphasic models, we studied the case of an unidimensional deformation. We have found an analytical solution for the unidimensional problems. These analytical studies show two types of behaviour of the medium according to the order of magnitude of the dimensionless number . At low velocity, the fluid does not have any influence on the response of the solid skeleton. At high velocity, the flow is very localised close to the edges where the fluid can run out. By introducing the elasticity of the skeleton into the preceding model, we found an analytical approached solution. This analysis shows an additional parameter : a relaxation time which characterizes this model. We have showed that this time is proportional to the inverse of the number ., L'objectif de cette thèse est de décrire les mécanismes qui régissent l'écoulement interstitiel dans un milieu semi-solide, ainsi que son influence sur le comportement du squelette. L'étude porte sur un modèle de solide viscoplastique compressible couplé à l'écoulement interstitiel d'un liquide. Une analyse dimensionnelle de ce modèle a été faite. Cette analyse montre deux paramètres sans dimension et qui caractérisent le modèle; le premier représente la compressibilité et le deuxième caractérise l'influence du liquide sur le solide et il dépend de la vitesse caractéristique du problème et du rapport entre la viscosité dynamique du liquide et la viscosité apparente du solide. Pour bien comprendre le comportement de ces modèles biphasiques, nous avons étudié le cas d'une déformation unidimensionnelle. Nous avons montré que les solutions des problèmes unidimensionnels peuvent être menées de manière complètement analytique. Ces études analytiques ont permis de distinguer deux types de comportement du milieu selon l'ordre de grandeur du nombre sans dimension . à faible vitesse, le fluide n'a pas d'influence sur la réponse du squelette solide. à grande vitesse, l'écoulement est très localisé près des bords où le fluide peut s'écouler. En introduisant l'élasticité du squelette dans le modèle précédent, nous avons trouvé une solution analytique approchée. Cette analyse montre un paramètre supplémentaire: un temps de relaxation qui caractérise ce modèle. Ce temps est inversement proportionnel au nombre

Thanks to precise analyses of uranium series radioactive disequilibria, permitted by improvements of mass spectrometry data acquisition and optimization of chemistry, two questions were tackled and answers about the periods of glaciation in Iceland and the petrogenesis of andean lavas were proposed.Two methods were used to date lava flows from the Reykjanes peninsula and the island of Heimaey, in Iceland, directly linked to the periods of deglaciation or reheating around the last ice age. An original method based on the use of segregation veins present in the lava flows has been developed. Thanks to the formation of this particular geological object this methods permits to be freed from xenocrysts when using the internal isochron method in the 238U-230Th system. Using this method some constraints are brought both on the quaternary geology of the area of Reykjavik and on the age of the end of the Würm glaciation on Heimaey. In parallel, due to the homogeneity of the historical and Holocene lavas of the Reykjanes peninsula, regarding the (230Th/232Th) and Th/U ratios, it is possible to derive the (230Th/232Th) ratio in time to determine the age of lava flows installed during the ice age. Thus we confirmed that the magnetic excursion recorded in the Skálamælifell lava flow is most probably the same one as that of Laschamp-Olby and that at this time (approximately 48.000 years) the Reykjanes peninsula was entirely covered with a glacier. Thanks to this method the extent of the glacier was also constrained by dating of a picritic shield around 22.000 years, thus the peninsula has to be free of any ice cap despite the fact that glaciation is the most intense around this time.Then andean arc magmas petrogenesis was constrained in time and space. Almost systematic excesses of 226Ra compared to 230Th in lavas of austral, southern and northern volcanic zones of the Andes (AVZ, SVZ and NVZ) constrain the ascending time from the source to the surface after their formation which is necessarily fast (less than 8.000 years to preserve these disequilibria). We show that eruptive activity and excesses of 238U (and to a lesser extent 226Ra) compared to 230Th are linked. This observation suggests that the most active volcanoes (Villarrica and Llaima for the SVZ) are those whose source is enriched in fluids, coming from the subducted plate and sediments which cover it, during partial melting of the mantle wedge and that radioactive disequilibria tell us about the geodynamic context on a regional scale. Finally a more precise study of particular volcanoes (Nevado de Longavi (SVZ) and Guagua Pichincha (NVZ)), suggests that uranium series disequilibria record the evolution of a volcano in time. Thus the complex history of Nevado de Longavi and the particular signals of this volcano can be translated in term of variation of partial melting degree of the source, fractional crystallization or crustal contamination. In the case of Guagua Pichincha volcano, the adakitic source of the volcanic activity could be discussed thanks to the study of 238U and 226Ra excesses compared to 230Th and a model of adakites formation by partial melting of an hydrated mantle wedge followed by fractional crystallization of garnet at high pressure will be proposed., Par le biais d'analyses précises des déséquilibres radioactifs des séries de l'uranium, permises par des améliorations effectuées aussi bien au niveau de l'acquisition des données par spectrométrie de masse qu'au niveau de la qualité de la chimie, deux grandes questions ont été abordées et des réponses au sujet des périodes de glaciation en Islande et la pétrogenèse des laves Andines ont été proposées. Deux méthodes ont été utilisées pour permettre la datation de coulées de laves de la péninsule de Reykjanes et de l'île d'Heimaey, en Islande, directement en rapport avec les périodes de déglaciation ou de réchauffement autour de la dernière période glaciaire. Une méthode originale basée sur l'utilisation des veines de ségrégation présentes dans les coulées de laves a été mise au point. Cet objet géologique particulier permet de s'affranchir des xénocristaux lors de l'application de la méthode de l'isochrone interne dans le système 238U-230Th, du fait même de son mode de formation. Grâce à cette méthode et à son utilisation sur une coulée de lave de la région de Reykjanes et une coulée au nord de l'île d'Heimaey des contraintes sont apportées à la fois sur la géologie quaternaire de la région de Reykjavik et sur l'âge de la fin de la glaciation de Würm sur l'île d'Heimaey. En parallèle, l'homogénéité des laves historiques et holocènes de la péninsule de Reykjanes, en ce qui concerne les rapports (230Th/232Th) et Th/U, a permis de dériver dans le temps le rapport (230Th/232Th) pour déterminer l'âge de coulées datant de la période glaciaire. Ainsi il a été confirmé que l'excursion magnétique enregistrée dans la coulée de Skálamælifell est très probablement la même que celle de Laschamp-Olby et qu'à cette époque (environ 48.000 ans) le glacier, recouvrait la péninsule de Reykjanes. Par cette même méthode l'étendue du glacier a également été contrainte par la datation d'un bouclier de picrite aux environs de 22.000 ans, âge, pourtant en pleine glaciation, où la péninsule devait être libre de toute chape de glace.Dans un deuxième temps, la pétrogenèse des laves de l'arc Andin a été contrainte dans le temps et l'espace. Des excès quasiment systématiques de 226Ra par rapport à 230Th dans les laves des zones volcaniques australes, sud et nord des Andes (AVZ, SVZ et NVZ) nous renseignent sur le temps de remontée des magmas après leur formation qui est nécessairement rapide (moins de 8.000 ans pour conserver ces déséquilibres). Un lien a également pu être fait entre l'activité éruptive et les excès de 238U (et dans une moindre mesure 226Ra) par rapport à 230Th. Cette observation suggère que les volcans les plus actifs (Villarrica et Llaima pour la SVZ) sont ceux dont la source est la plus enrichie en fluides, provenant de la plaque subduite et des sédiments qui la couvrent, lors de la fusion partielle du coin de manteau et que les déséquilibres nous renseignent sur le contexte géodynamique à l'échelle régionale. Enfin l'étude plus fine de volcans particuliers (Nevado de Longavi (SVZ) et Guagua Pichincha (NVZ)), suggère que les déséquilibres radioactifs des séries de l'uranium enregistrent l'évolution d'un volcan. Ainsi l'histoire complexe du Nevado de Longavi peut être appréhendée par cette approche et les signaux particuliers de ce volcan peuvent être traduits en terme de variation de fusion partielle de la source, cristallisation fractionnée ou contamination crustale. Dans le cas du Guagua Pichincha c'est la source du volcanisme adakitique qui pourra être discutée grâce à l'étude des excès de 238U et 226Ra par rapport à 230Th et un modèle de formation d'adakites par fusion partielle du coin de manteau hydraté puis cristallisation de grenat à haute pression sera proposé.

The linear stability of the Poiseuille flow of a Bingham fluid is analysed. The present study is motivated by the problems encountered during the cementation of oil wells. In such situations, it is mandatory to know the structure of the flow of the different fluids involved (cement, mud of drilling). More specifically, the conditions of the transition from the laminar to the turbulent regime are important. The mean flow is essentially characterized by the presence in its central part of a plug zone, which moves as a rigid solid. The modal analysis relies upon an infinitesimal disturbance of the mean flow of exponential form, and shows that the Poiseuille flow is linearly stable. The non normal character of the linear operator demonstrates that a transient growth of the energy associated to the perturbation is possible, for short times. The optimal disturbances and the conditions of non increasing energy are determined, versus the Bingham number., La stabilité linéaire de l'écoulement de Poiseuille d'un fluide de Bingham est analysée. L'intérêt de cette étude provient des problèmes rencontrés lors de la cimentation de puits de pétrole ; il est ici nécessaire de connaître la structure de l'écoulement des fluides (ciment, boues de forage). En particulier, les conditions de transition laminaire-turbulent sont importantes. L'écoulement de base est caractérisé essentiellement par la présence dans sa partie centrale d'une zone iso-vitesse, où la contrainte est inférieure à un seuil, qui se déplace comme un solide indéformable. L'analyse modale qui repose sur une perturbation de forme exponentielle montre que l'écoulement est linéairement stable. Le caractère non normal de l'opérateur linéaire montre qu'une croissance transitoire de l'énergie de la perturbation est possible aux temps courts. Les perturbations optimales ainsi que les conditions de non augmentation de l'énergie sont déterminées, en fonction du nombre de Bingham.

This dissertation forms part of a larger research field which deals with using seismic monitoring systems to better understand the behavior of natural rock slope appealing to the laboratory and in-situ experiments and the numerical simulation. For this purpose, a small scale rock mass, former instrumented from the geo-hydro-mechanical point of view, bas been chosen for installing a seismic monitoring system. ln this site, it is possible to easily induce a known hydraulic charging and to measure displacements and pressures in many meaningful points. The results of the in-situ experiments highlight the existence of micro-seismicity induced by a variation of water pressures and the repetitiveness either of the hydro-mechanical and micro-seismic behavior. From results, it bas been hypothesized that the micro-seismic activity onsets when water pressure increases in less permeable zones. The Finite Elements numerical modeling of the site allows to calculate the stress variations due to hydraulic charging and to assess if stress variations could generate seismic sources. Series of cores have been taken from the site in order to tested rock material and rock fractures in laboratory, associated with acoustic emissions. lt results that little stress variations due to water pressure, calculated for the site, do not explain the micro-seismicity observed in laboratory. A micro-mechanical model using Boundary Elements Method (Displacements Discontinuity Method) which simulates the hydro-mechanical behaviour of rock joints sample under normal compression is proposed taking into account the joint topography. Results confirm the laboratory observations and show that the hydrostatic charging can induce instabilities, when contact areas open, comparable to the ill-situ micro-seismicity., Un massif rocheux fracturé, dont le comportement géo-hydromécanique a été étudié depuis plusieurs années, a été instrumenté sismiquement. L'intérêt du site réside dans le fait qu'on peut induire artificiellement une charge hydraulique connue et mesurer des déplacements, des pressions hydrauliques sur plusieurs points significatifs. Les résultats des essais in-situ mettent en évidence l'existence d'une micro-sismicité induite par une variation de pression avec une grande repétitivité. A partir des résultats des essais in-situ, a été formulée l'hypothèse que l'activité micro-sismique est associée à l'augmentation de la pression d'eau dans les zones moins perméables du massif rocheux. Une modélisation numérique du site avec la méthode des Éléments Finis a été réalisée pour déterminer l'amplitude des variations de contraintes induites par la mise en charge hydraulique et vérifier si elles pouvaient engendrer des sources sismiques. Des échantillons prélevés ont permis de déterminer, en laboratoire, le comportement mécanique de la roche intacte et des joints rocheux et la sismicité associée. il s'avère que les variations de contrainte calculées pour le site ne sont pas suffisantes pour générer la sismicité observée au laboratoire. Une modélisation micromécanique à l'échelle du joint rocheux avec la méthode des Éléments de Contour (Discontinuités de Déplacement) a été réalisée pour simuler le comportement hydro-mécanique tenant compte de la morphologie du joint. Les résultats numériques sont en accord avec les obsentations de laboratoire et montrent que la mise en charge hydraulique d'un joint rugueux peut engendrer des instabilités lors de l'ouverture des aires de contact compatibles avec la micro-sismicité observée sur le site.

International audience; Importance of "the microgravity tool" for fluid mechanics and applications. Microgravity (drop towers, parabolic flights, sounding rockets and space stations) is relevant for some problems of fluid mechanics with high density gradients and little forced convection. Some situations, complicated by Archimede forces, can be clarified in microgravity where one can also obtain ideal conditions corresponding to basic theoretical problems. In France, the support and the research management are made, through CNES and CNRS, with the creation of research groups since 1992. The interest of microgravity experimentation and associated theoretical and numerical support for fundamental research and applications is emphasized. Means for compensating earth gravity are presented. Basic considerations are then given on natural convection, interfacial effects, pure droplet vaporization in a gaseous mixture, combustion of a flat plate. Residual gravity effects are approached in the case of droplet combustion under high pressure. Results and prospects concern the following topics: convection, solidification and crystal growth, combustion and reactive phenomena, fluid interfaces, granular and multiphase media, critical fluids.; L'expérimentation en microgravité (tours de chute libre, vols paraboliques, fusées sondes et stations orbitales) est intéressante pour certains problèmes de mécanique des fluides où les gradients de densité sont importants sans que la convection forcée ne soit trop grande. On peut y éclaircir certaines situations rendues trop complexes par la présence des forces d'Archimède, reproduire des conditions idéales correspondant à des problèmes types bien connus. En France, le CNES et le CNRS soutiennent ces études au travers de groupements de recherche depuis 1992. L'intérêt de l'expérimentation en micropesanteur et du soutien théorique et numérique associés est mis en évidence dans cet article, tant pour la recherche fondamentale que pour les applications. Les moyens de compenser la gravité terrestre sont présentés. Les considérations de base portent sur la convection naturelle, les effets d'interface, l'évaporation d'une goutte de fluide pur dans un mélange gazeux, la combustion d'une plaque. Les effets de la gravité résiduelle sont abordés à propos de la combustion de gouttes sous haute pression. Les résultats et les perspectives portent sur les points suivants : convection, solidification et croissance cristalline, combustion et phénomènes réactifs, interfacesfluides, milieux granulaires et polyphasiques, fluides critiques.

This dissertation forms part of a larger research field which deals with using seismic monitoring systems to better understand the behavior of natural rock slope appealing to the laboratory and in-situ experiments and the numerical simulation. For this purpose, a small scale rock mass, former instrumented from the geo-hydro-mechanical point of view, bas been chosen for installing a seismic monitoring system. ln this site, it is possible to easily induce a known hydraulic charging and to measure displacements and pressures in many meaningful points. The results of the in-situ experiments highlight the existence of micro-seismicity induced by a variation of water pressures and the repetitiveness either of the hydro-mechanical and micro-seismic behavior. From results, it bas been hypothesized that the micro-seismic activity onsets when water pressure increases in less permeable zones. The Finite Elements numerical modeling of the site allows to calculate the stress variations due to hydraulic charging and to assess if stress variations could generate seismic sources. Series of cores have been taken from the site in order to tested rock material and rock fractures in laboratory, associated with acoustic emissions. lt results that little stress variations due to water pressure, calculated for the site, do not explain the micro-seismicity observed in laboratory. A micro-mechanical model using Boundary Elements Method (Displacements Discontinuity Method) which simulates the hydro-mechanical behaviour of rock joints sample under normal compression is proposed taking into account the joint topography. Results confirm the laboratory observations and show that the hydrostatic charging can induce instabilities, when contact areas open, comparable to the ill-situ micro-seismicity., Un massif rocheux fracturé, dont le comportement géo-hydromécanique a été étudié depuis plusieurs années, a été instrumenté sismiquement. L'intérêt du site réside dans le fait qu'on peut induire artificiellement une charge hydraulique connue et mesurer des déplacements, des pressions hydrauliques sur plusieurs points significatifs. Les résultats des essais in-situ mettent en évidence l'existence d'une micro-sismicité induite par une variation de pression avec une grande repétitivité. A partir des résultats des essais in-situ, a été formulée l'hypothèse que l'activité micro-sismique est associée à l'augmentation de la pression d'eau dans les zones moins perméables du massif rocheux. Une modélisation numérique du site avec la méthode des Éléments Finis a été réalisée pour déterminer l'amplitude des variations de contraintes induites par la mise en charge hydraulique et vérifier si elles pouvaient engendrer des sources sismiques. Des échantillons prélevés ont permis de déterminer, en laboratoire, le comportement mécanique de la roche intacte et des joints rocheux et la sismicité associée. il s'avère que les variations de contrainte calculées pour le site ne sont pas suffisantes pour générer la sismicité observée au laboratoire. Une modélisation micromécanique à l'échelle du joint rocheux avec la méthode des Éléments de Contour (Discontinuités de Déplacement) a été réalisée pour simuler le comportement hydro-mécanique tenant compte de la morphologie du joint. Les résultats numériques sont en accord avec les obsentations de laboratoire et montrent que la mise en charge hydraulique d'un joint rugueux peut engendrer des instabilités lors de l'ouverture des aires de contact compatibles avec la micro-sismicité observée sur le site.

Fluid flow along mid-crustal shear zones has been extensively described on the structural, petrological and chemical aspects. Yet, quantitative parameters of deep fluid circulation, although of considerable importance for a real understanding of lithosphere shearing, are still poorly constrained at the present. We have combined structural investigation, ion probe ?18O analysis and infrared microspectrometry on metamorphic veins in order to determine the timing of occurrence, temperature, source and mechanisms of fluid flow along an exhumed shear zone (Tinos Island, Cyclades, Greece). Vein evolution at the ductile-brittle transition Three main types of metamorphic veins have been recognised from field observation. Type I veins are synfolial boudins stretched by ductile flow. Type II veins are vertical joints folded by late ductile deformation. Type III are brittle tension gashes. The three vein types represent a continuous set of structures from quasi-plastic to cataclastic deformation regime. The volume concentration of each vein type has been estimated along a transect running toward the shear zone. Type I veins are homogeneously spread out on the whole island, whereas Type II and Type III veins concentration gradually increases toward the detachment, to form a connected network just below the fault surface. This feature suggests that the appearance of Type II veins is coeval with a drastic permeability increase in the footwall, while passing the ductile-to-brittle transition. Thermal regime and fluid source Type I and Type II veins have been collected for ?18O thermometry, along a 200 m-long traverse under the detachment. On the basis of cathodoluminescence imaging, a succession of four generations of quartz and calcite presenting an equilibrium texture can be identified in these veins. Early quartz-calcite pairs 1 and 2, found in Type I veins, are plastically deformed, whereas quartz-calcite 3 and 4 (Type II) show evidences for deformation in the brittle regime. Micro-scale ?18O analyses were carried out on each quartz-calcite pair using a Cameca IMS 1270 ion probe. Quartz-calcite 1 yields constant fractionation values, from which a temperature of 360 °C is calculated. In contrast, fractionation values of quartz-calcite 2 and 3 yield a steep cooling gradient of about 120 and 145 °C, respectively, along a distance of 72 m towards the detachment. Such a strong cooling is best interpreted as advective heat extraction by fluid flow along the detachment, during the ductile to brittle evolution. Knowing the temperatures of quartz-calcite crystallisation, the source of fluids can be inferred by comparing the ?18O values of the four quartz-calcite pairs. H2O in equilibrium with quartz-calcite 1 yields steady ?18O of 15-20 ‰ for the fluid phase. In contrast, fluid isotopic composition in quartz-calcite 2 shifts from 20 to 10 ‰ when approaching the detachment. The ?18OH2O deplete is even more obvious in quartz-calcite 3 and 4, falling from 15 ‰ at 60 m to 0 ‰ at 1m below the detachment. The most likely reservoir for such a drastic 18O deplete is oceanic or meteoric water. We thus interpret structural and isotope data as a result of progressive infiltration of surface-derived fluids into the exhuming shear zone, promoted by permeability rise at the ductile-brittle transition. Seismic pumping Ion probe and fluid inclusion analyses have also been conducted on quartz-calcite strain fringes developing around pyrites in the mylonitic footwall of Tinos shear zone. A micro-scale traverse from the edge to the centre of one of the fringes reveals a periodic ?18O fluctuation between 19 and 21 ‰. This shift is interpreted as episodic influx of externally-derived fluids into the shear zone through transient fracture permeability, interspersed by periods of closed system buffering by the wallrock. Primary fluid inclusions trapped in quartz and calcite show increasing salinities (0 to 4 wt% eq. NaCl) and decreasing densities from the edge to the centre of the fringes. Results are interpreted to reflect pressure variations from lithostatic to hydrostatic values in the time span of fringe growth. Oxygen isotope and fluid inclusion data are in excellent agreement with models of dilatancy pumping in shear zones triggered by earthquake cycles in the overlying seismogenic zone. We propose that seismic pumping was efficient in Tinos detachment beneath the ductile-brittle transition, and developed suction forces sufficient to drive the downward penetration of surface-derived fluids into the ductile crust. Wetting properties of fluids We have also studied the OH structure of metamorphic fluids by high temperature infrared (IR) microspectroscopy on natural fluid inclusions contained in Type I and Type II veins, over the temperature range 25-270 °C. Blueschist-facies veins (Type I) display H2O-NaCl-CaCl2-CO2 inclusions whereas greenschist-facies veins (Type II) contains H2O-NaCl±CO2 inclusions. With heating, peak positions of OH stretching IR absorption bands increase quasi-linearly with slopes of 0.25 and 0.50 for inclusions trapped under blueschist and greenschist conditions, respectively. Extrapolation to ~400 °C yield peak positions of 3475 cm-1 for blueschist inclusions and 3585 cm-1 for greenschist inclusions. Since the smaller wavenumber indicates the shorter hydrogen-bond distance between water molecules, fluids involved in the greenschist event have a “loose” structure compared to blueschist fluids. We suggest that these properties might correspond to a low wetting angle of fluids. This would explain the high mobility of infiltrating fluids predicted by stable isotope and fluid inclusion data. The low porosity level of metamorphic rock precluded the migration of local metamorphic fluids, whereas it formed a connected network for externally derived fluids, allowing their penetration into the system. Model of fluid infiltration By combining our conclusions from structural, oxygen isotope, fluid inclusion and microspectroscopic data, we propose a model of fluid circulation at all the stages of detachment evolution. Over the ductile-brittle transition, flow is triggered by thermal convection along the detachment, promoted by the high permeability level of the fractured footwall. Surface-derived fluids are drawn into the ductile shear zone by seismic pumping. Large-scale diffusion of infiltrated fluids into the quasi-plastic regime is enhanced by their high wetting character compared to local fluids. This model would have the advantage to reconcile geochemical observations and mechanical concepts, by solving the paradox of surface-derived fluid infiltration (at hydrostatic pore pressure level) in a ductile lower crust at lithostatic pore pressure., Les dômes métamorphiques portent les marques d'un hydrothermalisme intense concomitant de leur exhumation de long de grandes zones de cisaillement crustales. Sur l'exemple du détachement de l'île de Tinos (Cyclades, Grèce), nous proposons une approche qui combine géologie structurale et techniques analytiques de pointe, pour contraindre l'origine et les modalités de circulation des fluides responsables du métasomatisme. Une succession continue de veines métamorphiques, ouvertes durant l'évolution de la déformation depuis le domaine ductile jusqu'au domaine cassant, est identifiée dans le mur du détachement. Chaque stade d'ouverture occasionne la précipitation de quartz et de calcite. Le fractionnement isotopique de l'oxygène des couples quartz-calcite précipités à la transition fragile-ductile, mesuré à la sonde ionique, passe de 2 à 5 ‰ dans une frange de 50 m vers la faille, soit une chute de température de ~150 °C. Le ?18O de l'eau en équilibre avec ces couples passe de 15 à 0 ‰ dans cette même frange. Seules des circulations convectives de fluides surfaciques peuvent expliquer ces variations thermiques et isotopiques. Un profil isotopique réalisé dans l'ombre de pression d'une pyrite montre une chute brutale du ?18O de 3 ‰, entre deux maxima. Les inclusions fluides piégées dans des ombres de pression similaires, synchrones du cycle isotopique, montrent une forte fluctuation des isochores de stabilité. Les données isotopiques et microthermométriques, qui suggèrent une arrivée cyclique de fluides superficiels conjointe à des variations de la pression des fluides, concordent point à point avec les modèles de pompage sismique en domaine ductile initiés par la zone sismogénique sus-jacente. Enfin, une comparaison des spectres infrarouge d'inclusions fluides piégées en faciès schiste vert et schiste bleu permet d'évaluer les propriétés mouillantes des fluides métamorphiques. A 400 °C, le pic d'absorption des liaisons OH des fluides piégés dans les inclusions schiste bleu est situé à 3475 cm-1, tandis que celui des fluides schiste vert est à 3585 cm-1. Plus fort est le nombre d'onde, plus l'agencement des molécules d'eau est désordonné, occasionnant des tensions d'interface fluide-grain faibles. Les fluides du faciès schiste vert ont donc une capacité à connecter la faible porosité des roches métamorphiques très supérieure à celle des fluides schiste bleu, et peuvent infiltrer le mur du détachement en cours d'exhumation, auparavant en système clos. Ces interprétations permettent de proposer un modèle global de circulation à tous les étages d'un détachement, commandé –dans l'ordre de profondeur croissante- par la convection thermique, les cycles sismiques et la migration diffuse. Ce modèle synthétique résout le paradoxe qui consiste à introduire des fluides surfaciques -à pression hydrostatique- dans une croûte inférieure ductile à pression de pores lithostatique.

Serge Fourcade (rapporteur), Martin Burkhard (rapporteur), Ghislain De Marsily (président), Denis Gapais (examinateur), Dov Avigad (examinateur), Satoru Nakashima (invité); Fluid flow along mid-crustal shear zones has been extensively described on the structural, petrological and chemical aspects. Yet, quantitative parameters of deep fluid circulation, although of considerable importance for a real understanding of lithosphere shearing, are still poorly constrained at the present. We have combined structural investigation, ion probe ?18O analysis and infrared microspectrometry on metamorphic veins in order to determine the timing of occurrence, temperature, source and mechanisms of fluid flow along an exhumed shear zone (Tinos Island, Cyclades, Greece). Vein evolution at the ductile-brittle transition Three main types of metamorphic veins have been recognised from field observation. Type I veins are synfolial boudins stretched by ductile flow. Type II veins are vertical joints folded by late ductile deformation. Type III are brittle tension gashes. The three vein types represent a continuous set of structures from quasi-plastic to cataclastic deformation regime. The volume concentration of each vein type has been estimated along a transect running toward the shear zone. Type I veins are homogeneously spread out on the whole island, whereas Type II and Type III veins concentration gradually increases toward the detachment, to form a connected network just below the fault surface. This feature suggests that the appearance of Type II veins is coeval with a drastic permeability increase in the footwall, while passing the ductile-to-brittle transition. Thermal regime and fluid source Type I and Type II veins have been collected for ?18O thermometry, along a 200 m-long traverse under the detachment. On the basis of cathodoluminescence imaging, a succession of four generations of quartz and calcite presenting an equilibrium texture can be identified in these veins. Early quartz-calcite pairs 1 and 2, found in Type I veins, are plastically deformed, whereas quartz-calcite 3 and 4 (Type II) show evidences for deformation in the brittle regime. Micro-scale ?18O analyses were carried out on each quartz-calcite pair using a Cameca IMS 1270 ion probe. Quartz-calcite 1 yields constant fractionation values, from which a temperature of 360 °C is calculated. In contrast, fractionation values of quartz-calcite 2 and 3 yield a steep cooling gradient of about 120 and 145 °C, respectively, along a distance of 72 m towards the detachment. Such a strong cooling is best interpreted as advective heat extraction by fluid flow along the detachment, during the ductile to brittle evolution. Knowing the temperatures of quartz-calcite crystallisation, the source of fluids can be inferred by comparing the ?18O values of the four quartz-calcite pairs. H2O in equilibrium with quartz-calcite 1 yields steady ?18O of 15-20 ‰ for the fluid phase. In contrast, fluid isotopic composition in quartz-calcite 2 shifts from 20 to 10 ‰ when approaching the detachment. The ?18OH2O deplete is even more obvious in quartz-calcite 3 and 4, falling from 15 ‰ at 60 m to 0 ‰ at 1m below the detachment. The most likely reservoir for such a drastic 18O deplete is oceanic or meteoric water. We thus interpret structural and isotope data as a result of progressive infiltration of surface-derived fluids into the exhuming shear zone, promoted by permeability rise at the ductile-brittle transition. Seismic pumping Ion probe and fluid inclusion analyses have also been conducted on quartz-calcite strain fringes developing around pyrites in the mylonitic footwall of Tinos shear zone. A micro-scale traverse from the edge to the centre of one of the fringes reveals a periodic ?18O fluctuation between 19 and 21 ‰. This shift is interpreted as episodic influx of externally-derived fluids into the shear zone through transient fracture permeability, interspersed by periods of closed system buffering by the wallrock. Primary fluid inclusions trapped in quartz and calcite show increasing salinities (0 to 4 wt% eq. NaCl) and decreasing densities from the edge to the centre of the fringes. Results are interpreted to reflect pressure variations from lithostatic to hydrostatic values in the time span of fringe growth. Oxygen isotope and fluid inclusion data are in excellent agreement with models of dilatancy pumping in shear zones triggered by earthquake cycles in the overlying seismogenic zone. We propose that seismic pumping was efficient in Tinos detachment beneath the ductile-brittle transition, and developed suction forces sufficient to drive the downward penetration of surface-derived fluids into the ductile crust. Wetting properties of fluids We have also studied the OH structure of metamorphic fluids by high temperature infrared (IR) microspectroscopy on natural fluid inclusions contained in Type I and Type II veins, over the temperature range 25-270 °C. Blueschist-facies veins (Type I) display H2O-NaCl-CaCl2-CO2 inclusions whereas greenschist-facies veins (Type II) contains H2O-NaCl±CO2 inclusions. With heating, peak positions of OH stretching IR absorption bands increase quasi-linearly with slopes of 0.25 and 0.50 for inclusions trapped under blueschist and greenschist conditions, respectively. Extrapolation to ~400 °C yield peak positions of 3475 cm-1 for blueschist inclusions and 3585 cm-1 for greenschist inclusions. Since the smaller wavenumber indicates the shorter hydrogen-bond distance between water molecules, fluids involved in the greenschist event have a “loose” structure compared to blueschist fluids. We suggest that these properties might correspond to a low wetting angle of fluids. This would explain the high mobility of infiltrating fluids predicted by stable isotope and fluid inclusion data. The low porosity level of metamorphic rock precluded the migration of local metamorphic fluids, whereas it formed a connected network for externally derived fluids, allowing their penetration into the system. Model of fluid infiltration By combining our conclusions from structural, oxygen isotope, fluid inclusion and microspectroscopic data, we propose a model of fluid circulation at all the stages of detachment evolution. Over the ductile-brittle transition, flow is triggered by thermal convection along the detachment, promoted by the high permeability level of the fractured footwall. Surface-derived fluids are drawn into the ductile shear zone by seismic pumping. Large-scale diffusion of infiltrated fluids into the quasi-plastic regime is enhanced by their high wetting character compared to local fluids. This model would have the advantage to reconcile geochemical observations and mechanical concepts, by solving the paradox of surface-derived fluid infiltration (at hydrostatic pore pressure level) in a ductile lower crust at lithostatic pore pressure.; Les dômes métamorphiques portent les marques d'un hydrothermalisme intense concomitant de leur exhumation de long de grandes zones de cisaillement crustales. Sur l'exemple du détachement de l'île de Tinos (Cyclades, Grèce), nous proposons une approche qui combine géologie structurale et techniques analytiques de pointe, pour contraindre l'origine et les modalités de circulation des fluides responsables du métasomatisme. Une succession continue de veines métamorphiques, ouvertes durant l'évolution de la déformation depuis le domaine ductile jusqu'au domaine cassant, est identifiée dans le mur du détachement. Chaque stade d'ouverture occasionne la précipitation de quartz et de calcite. Le fractionnement isotopique de l'oxygène des couples quartz-calcite précipités à la transition fragile-ductile, mesuré à la sonde ionique, passe de 2 à 5 ‰ dans une frange de 50 m vers la faille, soit une chute de température de ~150 °C. Le ?18O de l'eau en équilibre avec ces couples passe de 15 à 0 ‰ dans cette même frange. Seules des circulations convectives de fluides surfaciques peuvent expliquer ces variations thermiques et isotopiques. Un profil isotopique réalisé dans l'ombre de pression d'une pyrite montre une chute brutale du ?18O de 3 ‰, entre deux maxima. Les inclusions fluides piégées dans des ombres de pression similaires, synchrones du cycle isotopique, montrent une forte fluctuation des isochores de stabilité. Les données isotopiques et microthermométriques, qui suggèrent une arrivée cyclique de fluides superficiels conjointe à des variations de la pression des fluides, concordent point à point avec les modèles de pompage sismique en domaine ductile initiés par la zone sismogénique sus-jacente. Enfin, une comparaison des spectres infrarouge d'inclusions fluides piégées en faciès schiste vert et schiste bleu permet d'évaluer les propriétés mouillantes des fluides métamorphiques. A 400 °C, le pic d'absorption des liaisons OH des fluides piégés dans les inclusions schiste bleu est situé à 3475 cm-1, tandis que celui des fluides schiste vert est à 3585 cm-1. Plus fort est le nombre d'onde, plus l'agencement des molécules d'eau est désordonné, occasionnant des tensions d'interface fluide-grain faibles. Les fluides du faciès schiste vert ont donc une capacité à connecter la faible porosité des roches métamorphiques très supérieure à celle des fluides schiste bleu, et peuvent infiltrer le mur du détachement en cours d'exhumation, auparavant en système clos. Ces interprétations permettent de proposer un modèle global de circulation à tous les étages d'un détachement, commandé –dans l'ordre de profondeur croissante- par la convection thermique, les cycles sismiques et la migration diffuse. Ce modèle synthétique résout le paradoxe qui consiste à introduire des fluides surfaciques -à pression hydrostatique- dans une croûte inférieure ductile à pression de pores lithostatique.

L'expression "maladies des femmes" est utilisée dans différentes langues de l'Afrique de l'Ouest pour désigner des maladies contractées à l'occasion de relations sexuelles.

Non disponible / Not available; Actuellement l'état des connaissances sur l'hydrodynamique et la thermique des écoulements de suspensions newtoniennes et non newtoniennes ne permet pas de bien appréhender les problèmes liés à la stérilisation des écoulements chargés en particules dans l'industrie alimentaire. A ce jour, l'influence de la phase des particules solides sur l'écoulement n'est toujours pas très bien connue et pourtant c'est elle qui détermine la rhéologie du mélange et donc toute la Thermomécanique de ces écoulements. Les objectifs de ce travail expérimental sont de vérifier si les modèles rhéologiques établis pour des suspensions de particules de structure microscopique peuvent s'appliquer à des suspensions de "grosses" particules et d'expliquer les problèmes liés aux mécanismes de transfert de chaleur entre la suspension et la paroi. Les études menées, ont montré que le modèle de milieu effectif est efficace dans l'analyse de la perte de charge pour les fluides newtonien et non newtonien, en régimes laminaire et turbulent en situation isotherme. La migration latérale des particules vers l'axe de la conduite contribue à la modification de la rhéologie du mélange. La sédimentation observée et les interactions entre le fluide porteur et les particules sont à l'origine de la non homogénéité des suspensions en écoulement isotherme. Le transfert thermique est influencé par les particules. Le développement de la couche limite thermique est perturbé par la présence des particules. L'objectif est la maîtrise de la stérilisation en continu, des fluides alimentaires chargés de particules, par procédés thermiques. Le fluide porteur s'organise en anneau monophasique qui entoure la zone des particules au centre du tube. Cette organisation de l'écoulement chargé est néfaste puisqu'il fait émigrer les particules vers la zone froide où la stérilisation est difficile.

Non disponible / Not available, Actuellement l'état des connaissances sur l'hydrodynamique et la thermique des écoulements de suspensions newtoniennes et non newtoniennes ne permet pas de bien appréhender les problèmes liés à la stérilisation des écoulements chargés en particules dans l'industrie alimentaire. A ce jour, l'influence de la phase des particules solides sur l'écoulement n'est toujours pas très bien connue et pourtant c'est elle qui détermine la rhéologie du mélange et donc toute la Thermomécanique de ces écoulements. Les objectifs de ce travail expérimental sont de vérifier si les modèles rhéologiques établis pour des suspensions de particules de structure microscopique peuvent s'appliquer à des suspensions de "grosses" particules et d'expliquer les problèmes liés aux mécanismes de transfert de chaleur entre la suspension et la paroi. Les études menées, ont montré que le modèle de milieu effectif est efficace dans l'analyse de la perte de charge pour les fluides newtonien et non newtonien, en régimes laminaire et turbulent en situation isotherme. La migration latérale des particules vers l'axe de la conduite contribue à la modification de la rhéologie du mélange. La sédimentation observée et les interactions entre le fluide porteur et les particules sont à l'origine de la non homogénéité des suspensions en écoulement isotherme. Le transfert thermique est influencé par les particules. Le développement de la couche limite thermique est perturbé par la présence des particules. L'objectif est la maîtrise de la stérilisation en continu, des fluides alimentaires chargés de particules, par procédés thermiques. Le fluide porteur s'organise en anneau monophasique qui entoure la zone des particules au centre du tube. Cette organisation de l'écoulement chargé est néfaste puisqu'il fait émigrer les particules vers la zone froide où la stérilisation est difficile.

Non disponible / Not available, La rhéologie et les lois de comportement des écoulements granulaires font l'objet de nombreuses recherches, aussi bien expérimentales que théoriques. Des études d'écoulements continus de billes en tambour tournant ont mis en évidence que le gradient de vitesse dans la zone à écoulement libre est constant. Nous avons testé expérimentalement la validité de cette expression du gradient de vitesse pour des gammes de paramètres de fonctionnement beaucoup plus larges que celles utilisées jusqu'à présent. Pour de faibles vitesses de rotation du tambour, nous avons montré que les angles d'avalanche et de repos peuvent être homothétiques dans la mesure où les particules sont comparables en terme distribution granulométrique et de morphologie. A plus forte vitesse de rotation, des mesures systématiques d'épaisseur de zone d'écoulement et d'angle d'écoulement ont permis de mettre en évidence différentes transitions de régime. Quand la taille des particules d est grande par rapport à la taille du tambour D (rapport D/d faible), on constate que l'épaisseur de la zone d'écoulement sature à environ 1/3 du rayon du tambour. Dans ce cas, une augmentation de la vitesse de rotation du tambour est accommodée par une augmentation du gradient de vitesse. Dans des systèmes à rapport D/d élevé, on constate que c'est la vitesse maximale des particules à la surface libre qui sature avant l'épaisseur en écoulement. Dans ces conditions, une augmentation de la vitesse de rotation du tambour est accommodée par une augmentation de l'épaisseur, ce qui entraîne une réduction du gradient de vitesse. Ainsi les limites du domaine de validité d'un gradient de vitesse constant ont été définies: la relation est valable tant que ni l'épaisseur en écoulement ni la vitesse maximale des particules ne saturent. Enfin, dans une dernière partie, des expériences de ségrégation ont été réalisées dans le but de mettre en rapport les épaisseurs en écoulement et les vitesses de ségrégation de grosses billes de verre placées dans un milieu de petites billes de même densité.

Numerical simulation of industrial reactor promises to be a precious tool that could help in prospecting new mixing technologies, in scaling-up and optimising reactors. Fast reactions, such as polymerisation and precipitations, are difficult to handle when mixing processes and reactions strongly interacts. This work aims at evaluating and validating reactive flow simulation for chemical engineering reactors using a special method which is able to take into account mixing reaction interaction for fast reactions. This method is based on solving Navier-Stokes equations in turbulent flow and then on solving the transport equation of the jointtcomposition Probability Density Function (PDF) with a Monte-Carlo solver. The validation is carried-out on a semi-batch Taylor-Couette precipitator. Each calculation step is validated. Finally, comparison between experiment and simulation proved that the method we chose has to be handle with special cares. Calculation has to be validated and 2 model constants have to be fitted and chemical kinetics known quite precisely. Besides, Monte-Carlo algorithm produces numerical noise which can highly affect reliability of the results. The calculation of the specific studied reactor didn'nt give completely good agreement with experiments. Nevertheless, the discrepancy is assigned not to the numerical approach but to the fact that the studied reactive flow is rather tricky to be calculated.; La simulation numérique de réacteurs industriels promet de devenir un outil précieux aidant à prospecter de nouvelles technologies de mélange, à dimensionner et à optimiser les conditions de fonctionnement du réacteur. Ces calculs deviennent difficiles dans le cas de réactions rapides (polymérisations anioniques, précipitations) où existe un fort couplage entre la réaction chimique et le mélange. Ce travail de thèse a pour but d'évaluer et de valider la simulation d'écoulements réactifs pour des applications de génie chimique avec une méthode que nous avons choisie pour sa capacité à tenir compte des interactions entre processus de mélange turbulent et réactions chimiques rapides. La méthode sélectionnée est une méthode basée sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes en milieu turbulent et l'équation de transport de la fonction de densité de probabilité jointe de la composition (PDF) à l'aide d'un algorithme de Monte-Carlo. L'évaluation s'est faite sur un réacteur de précipitation semi-batch de type Taylor-Couette. Chaque étape du calcul a été validée expérimentalement. Au terme de ce travail, il a été montré que l'emploi de ce type d'approche pour le calcul d'un réacteur industriel est hasardeux et délicat. Il demande une validation de l'écoulement, le calage de 2 constantes de modélisation et la connaissance précise des cinétiques de réaction. Enfin, l'utilisation d'un algorithme de type Monte-Carlo engendre un bruit numérique qui selon le type d'écoulement peut nuire à la fiabilité des résultats. Le cas traité n'a pas donné des résultats totalement conformes à l'expérience. La méthode numérique utilisée n'est pas pour autant remise en question car le cas traité était par nature délicat

Non disponible / Not available, La modélisation hydromécanique des milieux fracturés est très complexe. Beaucoup de simplifications sont nécessaires pour modéliser de tels milieux. Dans la plupart des cas, on ne tient compte que des fractures perméables. Le reste du réseau est approché par un milieu continu équivalent. Même si on suppose que cette approche est admissible, les propriétés hydrauliques et mécaniques des fractures et du milieu continu sont rarement connues. On ne connaît pas très bien la nature des mesures qui doivent être effectuées afin de mener à bien une modélisation en milieu discontinu. Afin de mieux comprendre les phénomènes hydromécaniques dans les mieux fracturés, on a travaillé sur deux sites différents. Le premier est le site du Grimsel en Suisse dans lequel un laboratoire souterrain est situé à environ 400 m de profondeur. L?expérience Febex consiste à l?étude in situ des phénomènes consécutifs à la mise en place d?une source de chaleur représentative de déchets radioactifs dans les 17 derniers mètres du tunnel Febex dans le laboratoire de Grimsel. Nous avons seulement modélisé la phase d?excavation de ce tunnel. La modélisation de Febex a permis d?établir une méthodologie de calage des propriétés hydrauliques dans les milieux discontinus. Cependant, ce genre d?étude sur des sites aussi complexes ne permets pas de répondre aux nombreuses questions qui se posent sur le comportement hydromécanique des milieux fracturés. Nous avons donc réalisé des modélisations sur un deuxième site plus accessible et de dimensions plus réduites. Le site expérimental de Coaraze, situé dans les Alpes maritimes, est un petit massif calcaire fracturé vanné au niveau d?une sources principale et muni d?extensomètres et de manomètres pour les mesures simultanées pression-déformation à différents niveaux du massif. La modélisation de Coaraze a permis de reproduire les mesures in situ et de donner un point de vue sur la problématique du couplage hydromécanique dans les milieux fracturés.

Le travail présenté concerne l'étude de la dynamique d'étalement de gouttes de fluides newtoniens sur un substrat solide, étude à caractère fortement expérimental. Nous avons plus particulièrement envisagé l'influence de trois paramètres fondamentaux à savoir la viscosité et la tension superficielle du liquide, et le volume de la goutte. Le choix de mélanges eau-glycérol auxquels sont éventuellement ajoutées de faibles quantités d'un tensioactif, le Plantacare, permet de balayer de larges gammes de viscosité et de tension superficielle et ce indépendamment l'une de l'autre. Le verre est apparu comme le solide le plus approprié au regard de sa bonne mouillabilité et d'une faible rugosité de surface. Les mises en ?uvre d'un dispositif expérimental et d'une procédure de traitement d'images originale ont permis de suivre en temps réel l'étalement d'une goutte posée et d'en déduire l'évolution de ses dimensions caractéristiques. Il est ainsi possible de déterminer la vitesse d'étalement définie comme la vitesse d'avancée de la ligne triphasique. Nous avons ainsi mis en évidence l'existence de plusieurs régimes d'écoulement successifs pendant la durée de l'étalement. La confrontation de nos résultats avec les modèles théoriques existants n'est pas satisfaisante dans la mesure où ces modèles décrivent des situations simples, pour lesquelles le régime d'écoulement est bien défini et invariant. Une approche en terme d'analyse dimensionnelle a néanmoins permis d'établir un modèle empirique qui décrit, pour un régime donné, l'évolution du rayon comme une fonction du nombre capillaire, rapport des forces visqueuses aux forces capillaires. La distinction des différents régimes s'appuient alors sur l'analyse de nombre de Bond, rapport des forces de gravité aux forces capillaires.

During the last decades, the study of coupling phenomena became more and more important in Geomechanics and Civil Engineering. Radioactive wastes repository in deep geological formation is a perfect illustration of this kind of problems. Indeed, due to numerous stakes, all acting phenomena must be considered in order to determine the first fonctionnality of the repository structure: the full safety confining of radioactive wastes. During the building period of the repository structures, the excavation and the ventilation of galleries induce solicitation of the surrounding rock mass. The abject of this work is to characterize the importance .and the nature of this solicitation. It's fundamental to determine the phenomena kinetics (progression of the drying front induced by ventilation, the extent of the perturbated zone) and the strengh of induced couplings (stresses in front of gallery, damage). The aim of all this considerations is to evaluate the eventual modifications of the rock and its confining abilities. The theoretical approach is the Mechanics of Porous Media defined by Coussy (1995), which leads to a formalism at the macroscopic scale and allows to determine the evolutions of the rock, considered as partially saturated porous medium (three-phases medium). The aim of the different models presented in this work is to describe the fluids transfers in the rock mass and to take into account constitutive aspects of the mechanical behavior of the rock (damage, plasticity)., Durant les dernières décennies, l'étude des phénomènes couplés a pris une importance considérable dans de nombreux problèmes de la Géomécanique et du Génie Civil. Le stockage des déchets radioactifs en formations géologiques profondes est une parfaite illustration de ce genre de problème. En effet du fait des nombreux enjeux, il va être nécessaire de prendre en compte tous les phénomènes intervenant, afin de pouvoir tirer des conclusions sur la fonctionnalité première de la structure de stockage à savoir: le confinement en toute sûreté des déchets radioactifs. Durant la phase de construction des structures de stockage, le creusement et la ventilation des galeries vont solliciter le massif rocheux environnant. L'objet de ce travail est de caractériser l'importance et la nature de cette sollicitation. Il est notamment primordial de déterminer la cinétique des phénomènes (progression du front de séchage induit par la ventilation, étendue de la zone perturbée) et la forces des couplages induits (contraintes en paroi des galeries, endommagement, etc.). Toutes ces considérations ont pour but d'évaluer les modifications éventuelles de la roche et ainsi ses capacités de confinement. L'approche théorique retenue est celle de la Mécanique des Milieux Poreux définie par Coussy (1995) permettant, grâce à un formalisme à l'échelle macroscopique, de déterminer les évolutions de la roche en tant que milieu poreux partiellement saturé (formé d'une phase solide, d'une phase liquide et d'une phase gazeuse). Les différents modèles présentés dans ce travail ont pour objectif de traduire au mieux les transferts de fluides au sein du massif rocheux mais également les aspects constitutifs liés au comportement mécanique de la roche (endommagement, plasticité).

Non disponible / Not available, Les mesures de la distribution de temps de séjour (DTS) peuvent être interprétées et simulées en utilisant des modèles à compartiment qui consistent en une interconnexion de modules élémentaires (réacteurs piston, réacteurs parfaitement agités...). Cependant, le choix du modèle approprié reste une tâche délicate dans le cas de réacteurs industriels complexes. Cette thèse a pour but de développer un nouvel algorithme pour la génération automatique des modèles à compartiment basé, à la fois sur des courbes de DTS et sur la description physique des réacteurs étudiés. Dans une première étape, une liste de relations floues entre la courbe de DTS et les caractéristiques du procédé étudié d'une part, et les modèles d'autre part ,a été établie. Après une analyse des différentes méthodes mathématiques permettant l'utilisation de ces relations, nous avons choisi la théorie des possibilités, développée par Zadeh (1978), qui consiste à affecter des coefficients sur la réalisation d'un événement donné. La recherche sur les travaux existants nous a permis de sélectionner environ quarante modèles, qui permettent de décrire une large gamme de réacteurs industriels. Des coefficients de possibilité et de certitude ont été affectés aux modèles pour la réalisation d'un fait. La procédure de " fusion ", permettant l'agrégation de toutes les règles, conduit à choisir le modèle le plus approprié. L'algorithme a été testé, en régime permanent et à débit variable, sur différents exemples tirés de la littérature et des résultats d'expériences de laboratoire. L'ajout de nouvelles règles ou de nouveaux modèles n'affectent ni la structure du logiciel ni la procédure de " fusion ". Le logiciel est très souple d'utilisation et ses évolutions sont seulement limitées par le niveau d'expertise en procédé.

Non disponible / Not available, La modélisation hydromécanique des milieux fracturés est très complexe. Beaucoup de simplifications sont nécessaires pour modéliser de tels milieux. Dans la plupart des cas, on ne tient compte que des fractures perméables. Le reste du réseau est approché par un milieu continu équivalent. Même si on suppose que cette approche est admissible, les propriétés hydrauliques et mécaniques des fractures et du milieu continu sont rarement connues. On ne connaît pas très bien la nature des mesures qui doivent être effectuées afin de mener à bien une modélisation en milieu discontinu. Afin de mieux comprendre les phénomènes hydromécaniques dans les mieux fracturés, on a travaillé sur deux sites différents. Le premier est le site du Grimsel en Suisse dans lequel un laboratoire souterrain est situé à environ 400 m de profondeur. L?expérience Febex consiste à l?étude in situ des phénomènes consécutifs à la mise en place d?une source de chaleur représentative de déchets radioactifs dans les 17 derniers mètres du tunnel Febex dans le laboratoire de Grimsel. Nous avons seulement modélisé la phase d?excavation de ce tunnel. La modélisation de Febex a permis d?établir une méthodologie de calage des propriétés hydrauliques dans les milieux discontinus. Cependant, ce genre d?étude sur des sites aussi complexes ne permets pas de répondre aux nombreuses questions qui se posent sur le comportement hydromécanique des milieux fracturés. Nous avons donc réalisé des modélisations sur un deuxième site plus accessible et de dimensions plus réduites. Le site expérimental de Coaraze, situé dans les Alpes maritimes, est un petit massif calcaire fracturé vanné au niveau d?une sources principale et muni d?extensomètres et de manomètres pour les mesures simultanées pression-déformation à différents niveaux du massif. La modélisation de Coaraze a permis de reproduire les mesures in situ et de donner un point de vue sur la problématique du couplage hydromécanique dans les milieux fracturés.

Numerical simulation of industrial reactor promises to be a precious tool that could help in prospecting new mixing technologies, in scaling-up and optimising reactors. Fast reactions, such as polymerisation and precipitations, are difficult to handle when mixing processes and reactions strongly interacts. This work aims at evaluating and validating reactive flow simulation for chemical engineering reactors using a special method which is able to take into account mixing reaction interaction for fast reactions. This method is based on solving Navier-Stokes equations in turbulent flow and then on solving the transport equation of the jointtcomposition Probability Density Function (PDF) with a Monte-Carlo solver. The validation is carried-out on a semi-batch Taylor-Couette precipitator. Each calculation step is validated. Finally, comparison between experiment and simulation proved that the method we chose has to be handle with special cares. Calculation has to be validated and 2 model constants have to be fitted and chemical kinetics known quite precisely. Besides, Monte-Carlo algorithm produces numerical noise which can highly affect reliability of the results. The calculation of the specific studied reactor didn'nt give completely good agreement with experiments. Nevertheless, the discrepancy is assigned not to the numerical approach but to the fact that the studied reactive flow is rather tricky to be calculated., La simulation numérique de réacteurs industriels promet de devenir un outil précieux aidant à prospecter de nouvelles technologies de mélange, à dimensionner et à optimiser les conditions de fonctionnement du réacteur. Ces calculs deviennent difficiles dans le cas de réactions rapides (polymérisations anioniques, précipitations) où existe un fort couplage entre la réaction chimique et le mélange. Ce travail de thèse a pour but d'évaluer et de valider la simulation d'écoulements réactifs pour des applications de génie chimique avec une méthode que nous avons choisie pour sa capacité à tenir compte des interactions entre processus de mélange turbulent et réactions chimiques rapides. La méthode sélectionnée est une méthode basée sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes en milieu turbulent et l'équation de transport de la fonction de densité de probabilité jointe de la composition (PDF) à l'aide d'un algorithme de Monte-Carlo. L'évaluation s'est faite sur un réacteur de précipitation semi-batch de type Taylor-Couette. Chaque étape du calcul a été validée expérimentalement. Au terme de ce travail, il a été montré que l'emploi de ce type d'approche pour le calcul d'un réacteur industriel est hasardeux et délicat. Il demande une validation de l'écoulement, le calage de 2 constantes de modélisation et la connaissance précise des cinétiques de réaction. Enfin, l'utilisation d'un algorithme de type Monte-Carlo engendre un bruit numérique qui selon le type d'écoulement peut nuire à la fiabilité des résultats. Le cas traité n'a pas donné des résultats totalement conformes à l'expérience. La méthode numérique utilisée n'est pas pour autant remise en question car le cas traité était par nature délicat

This dissertation deals with some highly non-linear free surface flow problems. The first part is dedicated to the study of the bursting of a bubble at the free surface of a liquid. To this end, a numerical method is used which solves the Navier-Stokes equations, in the presence of a free surface. This free surface is described using a markers chain. The surface tension terms are then treated with high precision. A parametric study on the bubble radius is undertaken and a range of parameter region is found to correspond to a curvature singularity in finite time. The existence of this singularity is confirmed by a self-similar theory, based on an invicid formulation. The second part presents the resolution of potential axisymmetric flows in the presence of a free surface. The theory and developpment of a boundary integral method is described in details. Firstly, the method is validated using the theoretical knowledge of the spherical harmonics of an oscillating liquid drop. Then it is applied to two distinct problems : the impact of a drop on a super hydrophobic surface and the coalescence of two spherical drops. This second case presents a singularity in finite time because it involves a high curvature region at the time of contact. The scaling laws describing this singularity are then discussed and a comparison between experiments and numerical results is presented., Ce mémoire est consacré à l'étude de quelques problèmes d'interfaces entre fluides non miscibles. La première partie consiste en la description du phénomène d'éclatement d'une bulle à la surface d'un liquide. Un programme de résolution des équations de Navier-Stokes en présence d'une surface libre est utilisé. Il décrit la surface grâce à une chaîne de marqueurs. Cette approche permet de prendre en compte de manière très précise l'effet de la tension superficielle. Une étude paramétrique est conduite qui met en évidence un régime pour lequel on observe une singularité de courbure en temps fini. L'existence de cette singularité est vérifiée à l'aide d'une théorie auto-similaire, fondée sur l'hypothèse d'un écoulement potentiel. La seconde partie traite de la résolution d'écoulements potentiels en géométrie axisymétrique. A ces fins, une méthode d'intégrales de frontières est développée. Elle est d'abord validée à l'aide de la connaissance théorique des modes d'oscillations d'une goutte en apesanteur. Elle est ensuite appliquée à deux problèmes distincts : l'impact d'une goutte sur une surface hydrophobe et la coalescence de deux gouttes en apesanteur. Ce dernier problème présentant deux échelles spatiales très différentes, un raffinement inhomogène du maillage de la surface est opéré. En outre, une comparaison entre les simulations et certains résultats expérimentaux est effectuée.

Claude Puech (Président) Bernard Peroche (Rapporteur) Przemyslaw Prusinkiewicz (Rapporteur) Jos Stam (Rapporteur) Didier Arquès (Examinateur) Christophe Chaillou (Examinateur); After a post-doctoral at University of Toronto at DGP, I have been recruited in October,1997 at GRAVIR laboratory (UMR 5527 CNRS-UJF-INPG-INRIA; headed by Claude Puech), in iMAGIS team. My work is inserted in the field of Computer Graphics, the team being more specifically interested in the treatment of complex scenes. Here the term "complex" concerns multiple dimensions, such as the a nature of phenomena (optic and mecanics), of shapes and materials, and the quantity of related information. This dissertation present the approaches I followed to try to represent the complexity of nature, in the hope to produce synthetic images and animations, as well as specific pieces of work I did in this spirit after my PhD. In the first chapter I introduce the context of image production, as well as the three main axis I chose to deal with complexity, namely multiscaling, proceduralism, and phenomenological simulation. In the second chapter, I detail my research themes, and review related existing work.In the third, I summarize my contributions in these various themes. The content of my principal articles is reproduced in Annexes A to D.; Après un post-doctorat à l'Université de Toronto au DGP, j'ai été recruté en octobre 1997 au laboratoire GRAVIR (UMR 5527 CNRS-UJF-INPG-INRIA; dirigé par Claude Puech), dans l'équipe iMAGIS. Mes travaux s'inscrivent dans le domaine de la synthèse d'images, l'équipe s'intéressant plus particulièrement au traitement des scènes complexes. "Complexe" recouvre ici de multiples dimensions, comme la nature des phénomènes (optiques et mécaniques), des formes et des matériaux, et la quantité d'information impliquée. Ce mémoire présente les approches que j'ai faites miennes pour tenter de représenter la complexité de la nature dans l'espoir d'en produire des images et animations de synthèses, ainsi que les travaux particuliers que j'ai menés dans cet esprit après ma thèse de doctorat. Dans le premier chapitre, j'introduis le contexte de la production d'images, ainsi que les trois principaux axes d'attaque que j'adopte pour le traitement de la complexité, à savoir le multi-échelle, le procéduralisme, et la simulation phénomènologique. Dans le second chapitre, je décline mes thèmes de recherche, et retrace les travaux existants relatifs au sujet. Dans le troisième, je résume mes contributions dans ces divers thèmes, le texte de mes principaux articles étant reproduit en Annexes A a D.

Le gisement Cu–Au de Valea Morii (monts Apuseni, Roumanie) montre la superposition d'un gisement de type porphyre (Cu±Au) et d'un gisement épithermal neutre (Au). Les données microthermométriques et isotopiques du soufre, obtenues dans les deux types de veines minéralisées, traduisent un télescopage entre ces deux minéralisations, qui peut être expliqué, soit par un phénomène d'érosion durant l'activité hydrothermale, soit par un effondrement de la partie supérieure du système hydrothermal. The Valea Morii Cu–Au ore deposit (Apuseni mountains, Romania) is characterised by a spatial association of a porphyry copper (Cu±Au) with a low-sulfidation epithermal deposit (Au). Microthermometric and sulphur isotopic data, obtained on both porphyry and epithermal veins, express a telescoping between these two types of mineralization, which can be explained either by an erosion phenomenon during the hydrothermal activity or by a collapse of the upper part of the hydrothermal system.

In metallogeny, it is now obvious that fluids are the main vectors of metals and that fluids and deformations are closely associated in the mineralizing processes. This work deals about this two main aspects in the porphyry and epithermal environment. Fluid studies, realised in the epithermal district of Shila (SW Peru), allow to state a mineralizing model at the district scale. The differences observed in the PVT properties of the fluids seem to explain the different types and stylesof mineralization. At Apacheta, studies of the vertical evolution of the physico-chemical parameters of the fluids in parallel to the mineralization show that differences, observed between deep levels (Pb-Zn) and shallower levels (AuAg),is directly linked to a fractionation of gases present in fluids during a boiling event.The geochemistry (crush-leach) of the fluids associated to this type of mineralization in various districts (Shila, Pero; Baia Mare and Apuseni Moutains, Romania; Pongkor, Indonesia) are similar whatever their geodynamic contextand are comparable with the fluids associated to geothermal systems.Analyses of fracture networks has been realised at macroscopic scale on different (mineralized or not) vein systems. They allow in a first time to establish a new methodology to characterize paleostresses taking into account theinfluence of the fluid pressure. Applied on the Soultz-sous-Forêts vein system, this method gives realistic paleostress magnitudes linked to the reopening of quartz veins. The mineralized stockwerk of the Rosia Poieni porphyry copper (Apuseni Mts, Romania) has been chosen for a statistical and hydraulic characterization in order to understand how mineralized vein system evolve and grow. A 1Dsampling of the stockwerk has been realized on 2000 fractures distributed on five levels of the open pit (910, 940, 1000, 1045 and 1060 ml. Various statistical analyses has been applied and heterogeneities observed in the stockwerk(metric scale) express directly variations in the copper content. Statistical description of the stockwerk properties seems thus to be a very powerful prospective tool. Estimation of hydraulic conductivities developed by veins has beenrealized and show equally heterogeneities at the quarry scale. The mean permeability developed by all the veins on each profile decrease from the deeper and more mineralized level (910m) to the highest level (1060m). High permeabilities developed on the 910 m profile are linked to the presence of major drains and the clustered organization of veins. The level 1060 m, characterized by numerous and thin veins with a homogeneous spatial repartition, developa more pervasive permeability., En métallogénie, il est admis depuis longtemps que les fluides sont les principaux vecteurs des métaux et que fluides et déformations sont étroitement associés dans le déroulement des processus minéralisateurs. Ce travail aborde ces deuxprincipaux aspects en environnement porphyre et épithermal où de nombreuses inconnues subsistent en ce qui concerne les processus minéralisateurs, l'origine dès fluides minéralisateurs ainsi que le rôle joué par les drains de cas fluides à savoir les fractures. L'étude des fluides réalisée dans le district épithermal de Shila (SW Pérou) a permis de proposer un modèle de minéralisation pour l'ensemble des gisements du district. Les différences observées dans la nature des fluides et dansleurs propriétés PVT semblent expliquer les différents types et· styles de minéralisation. A Apacheta, l'étude de l'évolution verticale des paramètres physico-chimiques des fluides en parallèle de la minéralisation montre que la différence de minéralisation observée entre les niveaux profonds (Pb-Zn) et plus superficiels (Au-Ag) est lié à un fractionnement des gaz présents dans les fluides lors d'un phénomène d'ébullition. L'étude de la géochimie des fluides (crush-leach) associés à ce type de minéralisation dans différents districts (Shila, Pérou; Baia Mare et Monts Apuseni, Roumanie, Pongkor, Indonésie) montre que ces fluides présentent des chimies comparables quel que soit leur contexte géodynamique. Ces compositions sont également similaires aux fluides associés aux systèmes géothermiques. Des analyses des propriétés de réseaux de fractures ont été réalisé à échelle macroscopique sur des systèmes de veines qu'elle soient minéralisées ou non. Elles ont permis dans un premier temps d'établir une nouvelle méthode pour caractériser des paléocontraintes en tenant compte de l'influence de la présence de fluides. Appliquée sur le réseau de veines de Soultz-sous-Forêts, cette méthode donne des valeurs réalistes de paléocontraintes à l'origine de la réouverture d'un système de veines en présence de fluides.Différentes techniques d'études géométriques et statistiques permettant la caractérisation des propriétés d'un réseau de fractures ont également été appliquées sur le stockwerk minéralisé du porphyre cuprifère de Rosia Poienî (Roumanie). Les hétérogénéités constatées dans les caractéristiques du stockwerk (à l'échelle métrique) semblent setraduire directement pas des variations dans les teneurs en cuivre. La description statistique des propriétés du stockwerk minéralisé semble être un outil prospectif très intéressant. La caractérisation des propriétés hydrauliques des veines.constitutives du stockwerk met également en évidence des hétérogénéités à l'échelle de la carrière. Les niveaux les plus profonds et les plus minéralisés sont dominés par des perméabilité de drains et une organisation de veines en clusters.Les niveaux les plus superficiels développent quant à eux de faible perméabilité de fissures, sans drains majeurs entraînant de ce fait une perméabilité pervasive dans la masse.

Non disponible / Not available, La production des solides divisés s'oriente désormais vers des applications de plus en plus spécifiques, avec des tailles de particules souvent inférieures au micron. La filtration et le lavage de ces produits soulèvent de nombreux problèmes, qui peuvent être résolus en provoquant une agglomération contrôlée. Cependant, en dépit d'applications dans de nombreux secteurs de l'industrie, les procédés d'agglomération restent encore très peu maîtrisés et nécessitent une meilleure connaissance des mécanismes élémentaires. Les résultats présentés dans ce manuscrit sont relatifs au procédé d'agglomération en suspension de particules submicroniques d'un pigment organique d'intérêt industriel- la diméthyl quinacridone -, de telle façon que les agglomérats formés soient suffisamment résistants pour être facilement filtrables, puis redispersables dans leur milieu d'application. Une étude expérimentale a d'abord permis, de mieux comprendre le déroulement du procédé, puis d'en optimiser les conditions opératoires physico-chimiques et hydrodynamiques. Cette étude s'est concrétisée par le développement d'une méthode originale de mise au contact des réactifs, ayant fait l'objet d'un dépôt de brevet. L'analyse des différents résultats expérimentaux a ensuite conduit à l'élaboration de modèles phénoménologiques pour les différentes phases du procédé. La mesure des propriétés intermédiaires des agglomérats étant très difficile la simulation numérique a constitué un outil intéressant pour la compréhension du procédé et la validation des modèles. La résolution du bilan de population a été réalisée par une technique particulaire dite de Monte-Carlo, autorisant une description plus fine des agglomérats : la simulation prend aussi bien en compte la taille que la composition des agglomérats, voire leur structure interne. Un couplage avec un logiciel de mécanique des fluides numérique, permettant d'évaluer l'influence des conditions hydrodynamiques, a fourni des premiers résultats encourageants.

Non disponible / Not available, L'objectif de ce travail est d'améliorer les connaissances relatives aux procédés et aux suspensions de couchage. Concernant l'écoulement dans la cavité Short-Dwell, nous avons commencé par étudier analytiquement, expérimentalement et numériquement l'écoulement dans une géométrie plus académique (cavité cylindrique fermée). Cette investigation a permis de mettre en évidence des phénomènes de stabilité très intéressants au niveau fondamental et de proposer une expression du nombre de Reynolds critique tenant compte de l'extension angulaire de la cavité. Par la suite, nous avons montré numériquement que l'écoulement dans la cavité Short Dwell évolue également vers une configuration tridimensionnelle. Il suit les mêmes séquences de transitions que celles constatées dans la cavité cylindrique. La longueur d'onde axiale obtenue dans ce dispositif lors de la première transition est comparable à celle des stries observées sur le papier après son couchage Ce résultat permet d'apporter l'explication des défauts engendrés par le Short-Dwell lors de couchage du papier au-delà d'un Reynolds critique dépendant notamment de la rhéologie de la sauce. Dans la seconde partie de notre travail, nous avons cherché à caractériser le comportement rhéologique des sauces aussi bien les slurries des différentes composantes que les sauces elles-mêmes. Nous avons étudié dans ce cadre, deux familles de sauces de couchage (Hélio et Offset) dont nous avons fait varier la composition, la concentration, les pigments et les liants (latex). Les résultats obtenus ont permis d'établir la sensibilité des trois groupes de paramètres rhéologiques (élastiques, visqueux, thérmodépendent) de ces différentes compositions des sauces. Cette étude systématique permet de donner une description des sauces par des paramètres identifiables et de quantifier la dépendance temporelle leur comportement. Par ailleurs, l'utilisation du rhéovisiomètre pour qualifier la rhéologie des sauces semble apporter des informations précieuses concernant la microstructure des solutions. En effet, les premiers résultats que nous avons obtenus par ce dispositif remettent en cause le schéma généralement admis qui consiste à supposer que la sauce est structurée au repos sous forme d'un floc macroscopique qui se désintègre en flocs de plus en plus petits avec l'accroissement du cisaillement. La visualisation des structures de la solution montre que les flocs apparaissent avec l'écoulement à partir d'une sauce homogène au repos.

Non disponible / Not available, L'objectif de ce travail est de développer des nouveaux réacteurs permettant une bonne maîtrise des réactions de précipitation, processus chimique rapide donnant naissance à une phase solide. Ces nouveaux réacteurs doivent être des mélangeurs rapides capables d'influencer, voire de contrôler les propriétés des particules fabriquées. Deux approches expérimentales ont été adoptées : (1) l'étude des phénomènes de mélange des réactifs et (2) l'étude de l'influence des conditions opératoires sur la précipitation d'un produit modèle. Le produit modèle choisi pour cette étude est la pseudo-boehmite. La pseudo-boehmite, catalyseur industriel, doit satisfaire de nombreuses propriétés : surface spécifique, volume poreux, taille des pores, cristallinité, distribution de taille des particules et morphologie des agglomérats. Ces propriétés sont très sensibles aux conditions opératoires et hydrodynamiques des réacteurs de précipitation. D'où l'intérêt d'utiliser la pseudo-boehmite comme produit modèle pour la précipitation. Quatre réacteurs originaux sont étudiés : le Réacteur à Disque Tournant, le Réacteur à Effet Vortex, le Réacteur avec Alimentation par le Fond et le Réacteur à Jets Lamellaires. L'étude du micromélange, réalisée à l'aide de la réaction chimique test mise au point par l'équipe du Professeur Villermaux et du macromélange, réalisée à l'aide de réacteurs de visualisation et de réactions de décoloration acide-base, ont permis de développer et de modéliser ces nouveaux réacteurs. Les réactions de précipitation de la pseudo-boehmite ont permis de dégager les grandes tendances de l'évolution des propriétés des particules en fonction des conditions opératoires. En vue de comprendre l'effet du mûrissement sur les particules de pseudo-boehmite, forme d'alumine mal cristallisée, l'influence des conditions de mûrissement (température, pH, puissance moyenne d'agitation et concentration de la suspension de particules) sur l'évolution des propriétés des particules est étudiée. Les caractéristiques des particules étudiées sont: la distribution de taille des particules, la taille des cristallites, la cristallinité, la surface spécifique, le volume poreux total et la teneur en eau. Le mécanisme de mûrissement des particules de pseudo-boehmite initialement amorphes a ainsi été mis en évidence et modélisé. Le Réacteur à Disque Tournant a été sélectionné pour réaliser des simulations à l'aide du code commercial FLUENT. L'hydrodynamique et le mélange des réactifs ont été simulés à l'aide du modèle k-e. Les effets de l'influence de la concentration des réactifs, de la vitesse d'agitation et de la position des tubes d'alimentation ont été simulés et comparés aux résultats expérimentaux.

Not availble, Nous nous sommes intéressés au comportement sous écoulement de solutions semi-diluées de micelles géantes flexibles qui présentent une transition de phase induite par le cisaillement au-delà d'un gradient de vitesse critique. La signature mécanique d'une telle transition se traduit par la présence, dans la courbe d'écoulement, d'un plateau de contrainte associé à l'apparition d'un écoulement hétérogène qui se structure en bandes de cisaillement. Afin d'étudier la cinétique de formation de ce type d'écoulement, nous avons mis en ?uvre différentes techniques expérimentales telles que la rhéologie, la biréfringence d'écoulement et la diffusion de la lumière aux petits angles. L'objectif principal de notre approche a été de corréler les réponses optiques et mécaniques à celle des propriétés microstructurales pour tenter d'apporter des informations sur les mécanismes à l'origine de la formation de la structure de bandes. Plusieurs échantillons ont été étudiés, tous préparés à partir du même agent tensioactif, le bromure de cetyltrimethylammonium auquel nous avons ajouté différents sels minéraux ou organiques. Au travers des résultats obtenus, nous avons montré que l'établissement de la structure de bandes est associé à une évolution temporelle générique des grandeurs macroscopiques (contrainte tangentielle, angle d'extinction et intensité de la birefringence) avec des effets plus ou moins marqués selon la composition de l'échantillon. Par contre, les visualisations directes de l'entrefer de la cellule de Couette révèlent que s'il existe une universalité du comportement macroscopique transitoire, il n'en est pas de même des propriétés au niveau microscopique, les structures de bandes observées en régime stationnaire étant elles-mêmes très variées