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International audience; In 2017, the GFHN days focused on the measurement, characterisation and modelling of interactions between living and heterogeneous, natural and artificial porous media, and their applications in environmental management.The two themes addressed are- Ecosystem services of porous media;- measurement of water, matter and energy flows in porous media.; En 2017, les journées du GFHN ont porte sur la mesure, la caractérisation et la modélisation des interactions entre milieu vivant et milieux poreux hétérogènes, naturels et artificiels, et sur leurs applications dans la gestion de l’environnement.Les deux thèmes abordes sont :- services écosystemiques des milieux poreux;- mesure des flux d’eau, de matière et d’énergie, dans les milieux poreux.

The aim of this study is to set up a 3D regional model to quantify water flux in unsaturated-saturated zones and the role of floods on the recharge process. Therefore, numerical flow simulations were conducted using the finite element Feflow that will be validated by measured data. A conceptualization of input parameters was carried out to overcome the absence of measured data. The heterogeneity of the vadose zone have a significant impact on the variation of the vertical flow, the residence time and the propagation of wetting front in the unsaturated zone. The results obtained in 1D were then used to quantify groundwater recharge of the entire area of the study site. The original approach is to derive the time-dependent hydraulic boundary condition of water level at the soil surface of the spreading perimeters by measured flood hydrographs and to develop a limited conceptual model of water uptake by evaporation. The hydrodynamic model showed that the water balance is very important. Flow simulations have shown that the perimeter flooding approach overestimates the artificial recharge of the aquifer.; L’objectif est la construction numérique d’un modèle 3D régional de la plaine de Sidi Bouzid permettant la quantification du transfert hydrique et du rôle des crues sur le processus de recharge. Des simulations numériques de l’écoulement ont été réalisées à l’aide de Feflow et validées par des données mesurées in situ. Une conceptualisation des paramètres d’entrée a été réalisée afin de contourner l’absence de données mesurées. L'hétérogénéité de la zone non saturée a un impact significatif sur la variation du flux vertical et la propagation du front d’humidité. Les résultats obtenus en 1D ont été spatialisés à l’échelle de la plaine avec l’objectif de quantifier l’ensemble des flux d’écoulements. L’originalité réside, d’une part, dans la détermination des conditions aux limites appliquées à la surface du sol à partir des hydrogrammes des crues enregistrés et, d’autre part, au modèle conceptuel limitant l’évaporation. Le modèle hydrodynamique a mis en évidence que le bilan hydrique est fortement excédentaire. Les simulations de l’écoulement ont montré que l’approche des épandages de crues au niveau des périmètres surestime la recharge artificielle de la nappe.

Le bois possède des propriétés physiques remarquables mais qui dépendent étroitement du taux d'humidité dans le matériau. Du fait de sa structure multi-échelle et des différents états de l'eau dans le bois, les mécanismes de transferts d'eau dans le bois sont encore mal appréhendés. Nous étudions les phénomènes physiques essentiels à l'origine des propriétés d'imbibition et de séchage du bois de feuillu. On montre d'abord par des expériences macroscopiques classiques, que la dynamique d'imbibition d'eau dans le bois est significativement ralentie (plusieurs ordres de grandeur) par rapport aux prédictions du modèle de Washburn utilisant la perméabilité et la mouillabilité du bois mesurées indépendamment. Les distributions d'eau liée et d'eau libre obtenues par IRM au cours de l'imbibition montrent que l'eau liée adsorbée dans les parois cellulaires progresse en fait (par diffusion) plus vite que l'eau libre dans les pores. Il faut attendre que les parois soient saturées en eau liée pour que l'eau libre avance à son tour dans les lumens du bois. L'analyse des images tomographiques aux rayons X suggèrent que le ralentissement de la pénétration d'eau liquide dans le bois est dû à la modification des conditions de mouillage par la teneur en eau liée dans les parois. Les expériences d'imbibition avec un « bois artificiel » à base d'hydrogel confirment cette hypothèse. Finalement, l'étude du séchage du bois par IRM montre également différentes dynamiques de séchage pour l'eau liée et l'eau libre. Le séchage du bois est contrôlé par l'évaporation d'eau libre à partir d'un front sec à des teneurs en eau élevées. L'évaporation d'eau liée ne devient significative qu'à partir de la disparition totale de l'eau libre Wood has excellent physical properties which however depend closely on the moisture content in the material. Because of its multi-scale structure and different states of water existing in the material, the mechanisms of water transfers in wood are still poorly understood. The essential phenomena at the origin of imbibition/drying properties of hardwood are studied in this thesis. We first show with classical macroscopic measurements that, water imbibition in wood is significantly damped compared to Washburn?s law which predicts the dynamic of capillary imbibition in the porous medium. The bound water and free water distributions obtained by MRI during imbibition show that, the bound water adsorbed in cell walls diffuses more quickly than the free water located in the pores. Free water cannot penetrate in the pores unless the cell walls have been saturated with bound water. The tomographic image analysis reveals that the damped dynamic of liquid water penetration in wood is due to the modification of wetting conditions by bound water content in the cell walls. Imbibition Tests with a hydrogel-based ?artificial wood? confirm our hypothesis. Finally, the observations of wood drying by MRI show also different drying dynamics for bound and free water. At high moisture content, wood drying is controlled by the evaporation of free water from a dry front. Bound water starts to evaporate significantly only after the total disappearance of free water

[Departement_IRSTEA]EAUX [TR1_IRSTEA]ARCEAU; International audience; This paper presents a comparison of two water transfer schemes implemented in land surface models: a three-layer bulk reservoir model based on the force-restore scheme (FR) and a multilayer soil diffusion scheme (DIF) relying on explicit mass-diffusive equations and a root profile. The performances of each model at simulating evapotranspiration (ET) over a 14-yr Mediterranean crop succession are compared when the standard pedotransfer estimates versus the in situ values of the soil parameters are used. The Interactions between Soil, Biosphere, and Atmosphere (ISBA) generic land surface model is employed. When the pedotransfer estimates of the soil parameters are used, the best performance scores are obtained with DIF. DIF provides more accurate simulations of soil evaporation and gravitational drainage. It is less sensitive to errors in the soil parameters compared to FR, which is strongly driven by the soil moisture at field capacity. When the in situ soil parameters are used, the performance of the FR simulations surpasses those of DIF. The use of the proper maximum available water content for the plant removes the bias in ET and soil moisture over the crop cycle with FR, while soil water stress is simulated too early and the transpiration is underestimated with DIF. Increasing the values of the root extinction coefficient and the proportion of homogeneous root distribution slightly improves the DIF performance scores. Spatiotemporal uncertainties in the soil parameters generate smaller uncertainties in ET simulated with DIF compared to FR, which highlights the robustness of DIF for large-scale applications.

The aim of this study is to set up a 3D regional model to quantify water flux in unsaturated-saturated zones and the role of floods on the recharge process. Therefore, numerical flow simulations were conducted using the finite element Feflow that will be validated by measured data. A conceptualization of input parameters was carried out to overcome the absence of measured data. The heterogeneity of the vadose zone have a significant impact on the variation of the vertical flow, the residence time and the propagation of wetting front in the unsaturated zone. The results obtained in 1D were then used to quantify groundwater recharge of the entire area of the study site. The original approach is to derive the time-dependent hydraulic boundary condition of water level at the soil surface of the spreading perimeters by measured flood hydrographs and to develop a limited conceptual model of water uptake by evaporation. The hydrodynamic model showed that the water balance is very important. Flow simulations have shown that the perimeter flooding approach overestimates the artificial recharge of the aquifer., L’objectif est la construction numérique d’un modèle 3D régional de la plaine de Sidi Bouzid permettant la quantification du transfert hydrique et du rôle des crues sur le processus de recharge. Des simulations numériques de l’écoulement ont été réalisées à l’aide de Feflow et validées par des données mesurées in situ. Une conceptualisation des paramètres d’entrée a été réalisée afin de contourner l’absence de données mesurées. L'hétérogénéité de la zone non saturée a un impact significatif sur la variation du flux vertical et la propagation du front d’humidité. Les résultats obtenus en 1D ont été spatialisés à l’échelle de la plaine avec l’objectif de quantifier l’ensemble des flux d’écoulements. L’originalité réside, d’une part, dans la détermination des conditions aux limites appliquées à la surface du sol à partir des hydrogrammes des crues enregistrés et, d’autre part, au modèle conceptuel limitant l’évaporation. Le modèle hydrodynamique a mis en évidence que le bilan hydrique est fortement excédentaire. Les simulations de l’écoulement ont montré que l’approche des épandages de crues au niveau des périmètres surestime la recharge artificielle de la nappe.

La connaissance des processus hydriques dans la zone non saturée est un enjeu important. Le dispositif géophysique SMD* permet le suivi temporel de la résistivité in situ sur 21 niveaux, depuis la surface jusqu’à 3.10 m. Les premiers résultats d’une année de mesure permettent de dresser un bilan positif sur la qualité des données recueillies et nous suggèrent une capacité à détecter des transferts hydriques entre les différentes couches du sous-sol., Knowledge of water processes in the vadose zone is an important issue. The geophysical device SMD* daily measures the resistivity on 21 levels from the surface up to 3.10 m. After one year of monitoring, the results make it possible to draw up a positive assessment of the quality of the collected data and suggest an ability to detect water transfers between the different layers of the subsoil.

Projet ESPOL. Synthèse des travaux menés par l'URSOLS

After casting, concrete slab upper surfaces are seldom protected. Therefore, depending on the distance to the surface, water distributes itself differently between hydration and drying. The effect of this is the appearance of gradients for the parameters characterising heat and moisture transfers within such porous media. In the present paper, after a possible modelling and a specific metrology of these transfers are evoked, the experiment conducted to reveal and examine the evolution of these gradients with time is discussed. Some divergences (already mentioned in the literature) appear as regards moisture diffusivity depending whether a static or a dynamic approach is chosen. Lastly, experimental results, in particular those concerning heat transfers, could contribute to the feeding of a data bank for the use of future modelling.

The coating area of steel reinforced concrete structures is subjected during service life time to various aggressive agents (carbon dioxide, chloride ions, etc.), which causes corrosion of steel rebars. Concerning the maintenance, repair works of degraded concrete cover are generally imposed to ensure its integrity and structural safety, and to extend long-term durability. This research aims in exploring moisture transfers which limit the efficiency of repair work during mortar hydration. Microstructure evolution and water profiles are obtained by non-destructive techniques such as Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Gamma-Ray Attenuation (GRA) since casting until 28 days. The durability of repaired concrete is involved after the repair procedure. The effect of drying is avoided in this research. Sealed mortar of the same formula is prepared to compare its hydration performance with the repair mortar. Various conventional techniques help to supplement the results obtained by MRI and GRA. The configuration of designed repair systems is shown. Moisture transfers at the interface between the repair mortar and the old concrete are investigated during the repair procedure (0 - 28 days), which allows exploring the mechanisms of physico-chemical couplings. Efficient repair work can be determined for various repair materials, various substrates (initially-saturated or initially-dried), various environmental conditions, etc. Furthermore, total porosity is measured by GRA or by Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) after the repair procedure (1 - 2 months). Pore size distribution (PSD) is also investigated by MIP at different positions within the repair systems. Durability indicators (Cl- and CO2) after the repair procedure (> 2 months) present a prevention of chloride penetration and a non-evident influence on carbonation. Evolution is followed during penetration, in order to explore repair efficiency during prolonged service life time. This methodology could also be applied on various systems where exist moisture transfers. For example, a protective layer of Ultra High Performance Fiber-Reinforced Concrete (UHPFRC) on conventional concrete. In conclusion, this methodology is a tool to investigate the repair systems in a systematic and quantitative way, by combining non-destructive and destructive techniques. It is interesting to compare aforementioned systems. Repair efficiency is investigated in order to ensure a long-term durability, La zone d'enrobage des aciers des structures en béton armé est soumise au cours de la vie de l'ouvrage à l'action de divers agents agressifs (ions chlorure, dioxyde de carbone, etc.) qui sont susceptibles d'entraîner la corrosion des armatures. Dans le cadre de la maintenance de l'ouvrage, une réparation du béton dégradé est généralement imposée afin d'assurer l'intégrité et la sécurité de la structure, et d'en allonger la pérennité. Cette étude s'attache à explorer les transferts hydriques qui limitent l'efficacité de la réparation au cours de l'hydratation du mortier de réparation. L'évolution microstructural et les profils hydriques sont obtenus par des techniques non-destructives comme l'imagerie résonance magnétique (IRM) et la gamma-densimétrie (GD) depuis très jeune âge à 28 jours. La durabilité du béton réparé est concernée. L'effet du séchage est évité dans cette étude. Le mortier isolé d'une même formulation est préparé pour la comparaison du comportement d'hydratation avec le mortier de réparation. Des diverses techniques classiques aident de compléter les résultats obtenus par IRM et GD. Donc le système de réparation est désigné. Les transferts hydriques à l'interface sont visualisés pendant la réparation (0 - 28 jours), afin de permettre une exploration en profondeur sur les mécanismes des couplages physico-chimiques. La réparation plus efficace donc est déterminée par cette méthodologie, en étudiant divers matériaux de réparation, divers états de support (saturé ou séché) et divers conditions environnementaux, etc. De plus, après la réparation (1 - 2 mois), la porosité totale est mesurée par GD ou la porosimétrie par l'intrusion de mercure (PIM). La distribution poreuse est aussi examinée par PIM selon la hauteur du système de réparation. Les indicateurs de durabilité (Cl- et CO2) après la réparation (> 2 mois) présentent l'empêchement de pénétration des ions chlorures et un effet non-évident pour la pénétration du dioxyde de carbone. L'évolution est suivie au fur et à mesure pendant la pénétration, afin d'explorer l'efficacité de la réparation qui s'adresse à une vie de service prolongée. Cette méthodologie pourra être appliquée aussi sur des autres systèmes, où il existe des transferts hydriques. Par exemple, une couche de protection en Béton Fibré à Ultra-haute Performance (BFUHP) sur le béton ordinaire. En conclusion, cette méthodologie en combinant des techniques non-destructifs et destructifs, est un outil d'étudier le système de réparation par un moyen systématique et quantitatif. C'est intéressant de comparer des divers cas. L'efficacité de réparation est étudiée afin d'assurer une durabilité à long terme

oral communication abstract; Comparaison de la lixiviation de pesticides sous différents systèmes de monoculture de maïs irrigué. 45e Congrès du Groupe Français des Pesticides Devenir et impact des pesticides : verrous à lever et nouveaux enjeux. 45e Congrès du Groupe Français des Pesticides

Hemp concrete results from the mix of a vegetal aggregate (hemp shives) and a binder. It provides thermal and acoustic insulation to the wall, as well as a good moisture regulation. However, problems sometimes occur during setting, that seem strongly linked to transfers of water in the concrete in the first hours. NMR allows to quantify water in hemp and in the binder and thus to describe and understand the transfers during setting. We first show that, in the binder consisting of a mixture of hydrated lime and cement, lime accelerates cement hydration. This hydration is inhibited as the amount of hemp in contact with the cement increases. We also show that the absorption of water by hemp shives is takes place during three days, and it occurs in two successive phases corresponding to two areas of hemp that imbibe. The study of transfers in the concrete during the setting shows a rapid water absorption by the hemp initially, followed by a transfer to the binder. The study of a "model" hemp concrete allows us to associate this transfer to the chemical shrinkage of cement during hydration; Le béton de chanvre est obtenu par le mélange d'un granulat végétal, constitué de bois de chanvre, et d'un liant. Il confère au mur de bonnes propriétés d'isolation thermique et acoustique, ainsi qu'une régulation de l'humidité. Cependant, des problèmes de non-prise, qui semblent fortement liés aux transferts d'eau dans le béton au cours des premières heures, peuvent parfois se produire. La RMN permet de quantifier l'eau dans le chanvre et dans le liant et donc de décrire et comprendre les transferts au cours de la prise. Nous montrons d'abord que, dans le liant constitué d'un mélange de chaux hydraté et de ciment, la chaux accélère la prise du ciment. Cette prise est d'autant plus inhibée que la quantité de chanvre au contact du ciment est importante. Nous montrons également que l'absorption d'eau par le granulat de chanvre s'étale sur trois jours, et qu'elle se produit en deux phases successives correspondant à l'imprégnation de deux zones du chanvre. L'étude des transferts dans le béton pendant la prise révèle une absorption d'eau rapide par le chanvre initialement, puis un transfert vers le liant. L'étude d'un béton de chanvre "modèle" nous permet d'associer ce transfert au retrait chimique du ciment au cours de la prise

A model of the coupled evolution of hydration–moisture transfer processes and their influence on porosity is suggested for polymer-modified-mortars (PMM) with cellulose ether addition. This model is based on mass balance equations of each phase of the material (solid, liquid and gas), and hydration rates of cement compounds. It takes into account the effect of the cellulose ether, used as a polymer admixture, on the hydration kinetics. The model allows describing the time evolution of the water content, the porosity and the amount of anhydrous and hydrated products, which are the main input data characterizing the material properties in most durability predictive models. Simulation results were compared to the experimental ones obtained by thermogravimetric analysis (TGA) and water porosity measurements.

[Departement_IRSTEA]RE [TR1_IRSTEA]RIE / TRANSFEAU; International audience; Grassed buffer strips are one way to reduce pesticide transfer by surface runoff from farmed fields to streams. Numerous experimental studies have demonstrated that this type of development is very effective in various conditions. The results are nevertheless very variable. This variability is partially explained by the multiplicity of processes and contributive factors and by the fact that the latter are dynamic in nature and site-specific. Several results also show that the intercepted products are not systematically immobilized within the strip but can move in the subsurface, thus affecting the overall effectiveness of the system. As a consequence of this complexity, the present guidelines for the sizing and siting of grassed strips are still only qualitative or are the result of empirical approaches. The present review analyses the available results and defines needs for further research. This concern several basic processes determining the pesticide interception by grassed strip and numerical models necessary to integrate the complexity of interacting processes and formulate reliable managing guidelines.

The durability of reinforced concrete structures and their service life are closely related to the simultaneous occurrence of many physical and chemical phenomena. These phenomena are diverse in nature, but in common they are dependent on the moisture properties of the material. Therefore, the prediction of the potential degradation of cementitious materials requires the study of the movement of liquid-water and gas-phase transport in the material which is considered as a porous medium. In natural environment, structures are always affected by periodic variations of external relative humidity (RH). However, most moisture transport models in the literature only focus on the drying process. There are few researches considering both drying and wetting, although these conditions represent natural RH variations. Even few studies take into account hysteresis in moisture transport. Thus, this work is devoted to better understand how the moisture behaviour within cementitious materials responds to the ambient RH changes through both experimental investigations and numerical modelling. In particular, hysteretic effects will be included in numerical modelling. In this thesis, we first recalled a complicate multi-phase continuum model. By theoretical analysis and experimental verification, a simplified model can be obtained for the case of that the intrinsic permeability to liquid-water is smaller than the intrinsic permeability to gas-phase. The review of commonly-used hysteresis models enabled to conclude a set of best models for the prediction of water vapour sorption isotherms and their hysteresis. After that, the simplified model was coupled with selected hysteresis models to simulate moisture transport under drying and wetting cycles. Compared with experimental data, numerical simulations revealed that modelling with hysteretic effects can provide much better results than non-hysteresis modelling. Among different hysteresis models, results showed that the use of the conceptual hysteresis model, which presents closed form scanning loops, can provide more accuracy predictions. Further simulations for different scenarios were also performed. All comparisons and investigations enhanced the necessity of considering hysteresis to model moisture transport for varying relative humidity at the boundary. The investigation of moisture penetration depth could provide a better understanding of how deep moisture as well as ions can move into the material. Furthermore, the analysis revealed that the consideration of Knudsen effects for diffusion of vapour can improve the prediction of the apparent diffusivity, La durabilité des structures en béton armé ainsi que leur durée de vie sont étroitement liées à la mise en œuvre simultanée de nombreux phénomènes physiques et chimiques. Ceux-ci sont de diverses natures mais restent, en général, fonction des propriétés hydriques des matériaux étudiés. Ainsi, la prédiction des dégradations potentielles d'un matériau cimentaire requiert l'étude du transport de l'eau liquide et des phases gazeuses à travers ce dernier, considéré comme un milieu poreux. En milieu naturel, les structures subissent des variations périodiques de l'humidité relative extérieure (HR). Cependant, la plupart des modèles de transfert hydrique préexistants dans la littérature, s'intéresse uniquement au processus de séchage. Il existe peu de modèles décrivant à la fois l'humidification et le séchage du matériau (ces deux phénomènes se produisent dans le matériau en condition naturelle d'humidité relative (HR)). Tenir compte des phénomènes d'hystérésis dans les transferts hydriques réduit à nouveau le nombre de modèles à disposition. Ainsi, cette thèse s'attache à proposer une meilleure compréhension de l'état hydrique du béton en fonction des variations d'humidité relative extérieure, sur la base d'une nouvelle campagne expérimentale et de modélisations numériques. Un soin sera apporté afin de tenir compte dans les modèles numériques des effets d'hystérésis. Dans ce travail, nous détaillerons, tout d'abord, un modèle multi-phasiques complet. Un modèle simplifié est obtenu, sur la base de considérations théoriques et de vérifications expérimentales dans le cas où la perméabilité intrinsèque à l'eau liquide reste très inférieure à la perméabilité intrinsèque au gaz. Une étude comparative des modèles d'hystérésis couramment utilisés permet d'obtenir un jeu de modèles proposant les meilleures prédictions d'isothermes de sorption d'eau et de leurs hystérésis. Par la suite, le modèle de transport simplifié est couplé avec les modèles d'hystérésis sélectionnés afin de simuler les transferts hydriques dans des bétons soumis à des cycles d'humidification-séchage. La comparaison avec des données expérimentales révèle que la prise en compte de l'hystérésis de l'isotherme de sorption d'eau ne peut pas être négligé. De plus, il est montré que les prédictions obtenues avec des modèles d'hystérésis théoriques, sont les plus cohérentes avec les résultats expérimentaux, en particulier, pour des chemins secondaires d'hystérésis. Plusieurs scénarios (conditions environnementales, bétons différents) sont également simulés. Les résultats obtenus pointent à nouveau la nécessité de tenir compte de l'hystérésis lors de la modélisation des transferts hydriques à travers des matériaux cimentaires soumis à des variations d'humidité relative. La définition d'une profondeur pour laquelle le profil hydrique du béton est modifié par les variations périodiques d'humidité relative permet de mieux comprendre comment la modélisation de la pénétration des espèces ioniques est influencée par les cycles d'humidification-séchage. Par ailleurs, notre analyse révèle qu'il est pertinent de considérer l'effet de Knudsen pour la diffusion de la vapeur afin d'améliorer la prédiction de la diffusivité apparente

The presented works is part of the study of protection against fire propagation. Two kinds of protections are distinguished : active protection, from detection to help the interventions of the firemen and passive protection. Passive protection is directly linked to the building structure. This protection can be directly applied to the structures to protect by projection or can be used under panel-forms to recover them. The layout of those panels can constitute ventilation ducts and smoke extraction ducts. Present research works focuses on the characterisation of the behaviour of mineral materials dedicated to the construction under severe thermal load. Homogeneous hydrated and highly permeable binders are particularly studied like material based on calcium sulphate. Indeed, the low thermal conductivity and the capacity of latent heat of the plaster are important criteria to delay the thermal transfers. However, its use is limited due to its low mechanical properties. To identify and understand mechanisms involved during a fire event, a multi-scale characterisation is developed with the use of gypsum-based materials. Works have been undertaken with gypsum, prepared from a natural β-hemihydrate mixed with water. At micro-scale, the composition of raw material and its thermal properties are studied. A particular attention was carried out the identification of the kinetics of phases transitions. At meso-scale, mechanical and structural characterisations are carried out at room temperature. Thermo-gravimetric tests are also developed: i) on cylindrical samples under isothermal condition. Shrinkage properties are analysed and, after cooling, a characterisation of the mechanical resistances and the porosity are carried out; ii) on spherical samples, with imposed heating rate, to study the transfer kinetics under isotropic temperature increase. The contribution of micro-scale is highlighted for each configuration. At macro-scale, investigations are done with plasterboard from which one face is exposed to a normalized temperature rise (ISO 834). The retained configuration is horizontal. The behaviour is described by a combined study of thermal, hydric, chemical, structural and mechanical properties. The space-time behaviour analysis allows distinguishing the influence of the temperature on the dehydration progress but also the influence of the heating rate and the micro-scale. The last part is dedicated to a multi-scale characterisation of plaster and silica fume mixtures. Those formulations allow in particular to improve the fire behaviour of the material and so to extend the duration of protection; Les travaux s’inscrivent dans le cadre de la protection contre la propagation d’incendie. On distingue les protections actives,regroupant l’ensemble des actions allant de la détection d’un incendie à l’intervention des secours, des protections passivesparties intégrantes de la structure des bâtiments. Ces protections peuvent être appliquées directement sur les structures à protéger par projection, ou venir les recouvrir au moyen de panneaux plus ou moins épais assemblés. L’assemblage de panneaux permet également de former des conduits de ventilation ou de désenfumage. Les travaux entrepris portent sur la caractérisation du comportement de matériaux minéraux dédiés à la construction sous chargement thermique sévère. Le cas de liants hydratés homogènes fortement perméables est particulièrement étudié et les matériaux à base de sulfate de calcium en est l’illustration. En effet, la faible conductivité thermique et la capacité de chaleur latente du plâtre représentent des critères importantspour limiter dans le temps les transferts thermiques. Cependant, son utilisation est limitée par ses faibles propriétésmécaniques. Afin d’identifier et de comprendre les différents mécanismes entrant en jeu lors d’une élévation de température de type incendie, une caractérisation multi-échelle a été développée sur des matériaux à base de gypse. Les travaux sont réalisés avec un plâtre pris fabriqué à partir d’un hémihydrate β naturel gâché à l’eau. A la micro-échelle, la composition du produit de base et ses propriétés thermiques ont été étudiées. Une attention particulière a été portée à lidentification des cinétiques de changements de phases. A la méso-échelle, une caractérisation mécanique et structurale est réalisée à température ambiante. Des essais thermogravimétriques sont également développés : (i) sur des échantillons cylindriques en condition isotherme, ce qui permet d’y associer une analyse dilatométrique et une caractérisation après refroidissement des résistances mécaniques et de la porosité ; (ii) sur des échantillons sphériques, à rampe de chauffe imposée, pour étudier les cinétiques de transferts pour une chauffe isotrope. Le rôle de la micro-échelle est mis en avant pour chaque configuration.A la macro-échelle, nous travaillons avec des panneaux plans dont une des faces est sollicitée thermiquement par élévationde température normalisée : ISO 834. La configuration d’étudeest horizontale. Une caractérisation du comportementthermique, hydrique, chimique, structurale et mécanique est alors mise en oeuvre. L’analyse du comportement espacetempspermet de distinguer l’influence de la température dansl’avancement de la déshydratation mais également le rôle desvitesses de chauffe et de la micro-échelle. Ces travaux se terminent par la caractérisation multi-échelle de mélanges plâtre-fumée de silice. Ces formulations permettent notamment d’améliorer la tenue du matériau à haute température et ainsi de prolonger la durée de protection

Producción Científica, This paper analyzes the dynamic interaction between two regions with interconnected river basins. Precipitation is higher in one river-basin while water productivity is higher in the other. Water transfer increases productivity in the recipient basin, but may cause environmental damage in the donor basin. The recipient faces a trade-off between paying the price of the water transfer, or investing in alternative water supplies to achieve a higher usable water capacity. We analyze the design of this transfer using a dynamic modeling approach, which relies on non-cooperative game theory, and compare solutions with different information structure (Nash open-loop, Nash feedback, Stackelberg) with the social optimum. We first assume that the equilibrium between supply and demand determines the optimal transfer price and amount. We show that, contrary to the static case, in a realistic dynamic setting in which the recipient uses a feedback information structure the social optimum will not emerge as the equilibrium solution. We then study different leadership situations in the water market and observe that the transfer amount decreases towards a long-run value lower than the transfer under perfect competition, which in turn lays below the social optimum. In consequence, the water in the donor’s river-basin river converges to a better quality in the presence of market power. Finally, we numerically compare our results to the Tagus-Segura water transfer described in Ballestero (2004). Welfare gains are compared for the different scenarios. We show that in all dynamic settings, the long-run transfer amount is lower than in Ballestero’s static model. Further, we show that the long-run price settles at a lower level than in Ballestero’s model, but is still higher than the average cost-based price determined by the Spanish government.

In building materials, such as mortars, cellulose ethers (CE) are used as water-retention agents. They prevent the loss of water due to absorption into the substrate during curing stage. They maintain wet conditions for proper hardening and final properties. However, the cause of retention remains unknown. First, we show through filtration tests and usual characterization methods (microscopy, light scattering) that CE solutions are composed of polydisperse aggregates of several tens of microns in diameter. We then show that a CE solution passing through a model porous medium (sieve) progressively block the sieve, even if the mesh size is much larger than the aggregates diameter, due to a statistical effect of blocking. This jamming effect also occurs during the flow through a 3D porous medium (stacks of glass beads), which led to the stopping of the fluid after a certain penetration depth of the medium. Finally, coming back to the retention standard tests with the real material (mortar) and comparing them to the filtration test we show that the latter is a good alternative test to characterize the CE retention capacity; Les éthers de cellulose (EC) sont des agents rétenteurs d'eau très utilisés dans les matériaux de construction: ils limitent fortement la perte d'eau due principalement à l'absorption dans le substrat pendant la cure, favorisant ainsi les réactions d'hydratation du ciment nécessaires à la prise qui assurent de bonnes propriétés mécaniques pour le matériau final. Cependant les causes exactes de ce phénomène de rétention d'eau restent encore incomprises à ce jour. Dans ce travail de thèse, afin d'analyser les mécanismes de la rétention, nous tentons de mieux comprendre pourquoi et comment les transferts hydriques sont modifiés en présence d'EC. Dans un premier temps, nous montrons, grâce à des tests de filtration et par les méthodes usuelles de caractérisation (microscopie, diffusion de la lumière) que les EC en solution forment des agrégats polydisperses de plusieurs dizaines de microns de diamètre. Nous montrons ensuite qu'une solution d'EC passant à travers un matériau poreux modèle (tamis) bouche progressivement ce tamis, même si la taille de maille est nettement supérieure à celle des agrégats, du fait d'un effet de blocage statistique. Cet effet de coincement se produit également lors de l'écoulement à travers un milieu poreux 3D (empilements de billes de verre), ce qui conduit à l'arrêt du fluide après une certaine hauteur de pénétration dans le milieu. Enfin, en revenant aux tests standards de rétention avec le matériau réel (mortier) puis en les comparant au test de filtration à travers un tamis nous montrons que ce dernier est un bon test alternatif qui permet de caractériser la capacité de rétention des EC

La Réaction Alcali Granulat (RAG) et la Réaction Sulfatique Interne (RSI) sont deux pathologies endogènes du béton dégradant les performances mécaniques des matériaux atteints. Ceci induit des problèmes en termes de fonctionnalités de service et d’intégrité structurelle des ouvrages concernés. Pour s’assurer de la fiabilité des modèles prédictifs nécessaires à la gestion des structures, les estimations numériques qui en sont issues doivent être comparées à des résultats expérimentaux. Dans ce contexte, des essais ont été menés sur des poutres en béton armées ou non soumises à des gradients hydriques responsables de développement de champs d’expansions hétérogènes dans les structures. Des bétons réactifs vis-à-vis de la RSI et/ou de la RAG ont été utilisés. Les corps d’épreuve ont été suivis en termes de déformations et de teneur en eau. Cet article décrit les résultats expérimentaux puis propose une vérification de la validité de la théorie des poutres dans le cadre de ces essais. Enfin, la teneur en eau des structures est corrélée à leur expansion afin de mettre en évidence l’influence des expansions sur la modification des propriétés de transfert hydrique.

Dans le cadre des études sur les émissions de gaz à effet de serre, l’UR SOLS de l’INRA a mis en place un programme de suivi du fonctionnement hydrique et gazeux des sols sur le site OS² d’une dizaine de km², localisé à la source du Loir (28) entre Faux Perche et Beauce Chartraine. Ce mémoire a pour but de modéliser le fonctionnement hydrique de trois types de sols représentatifs de cette zone (un luvisol typique, un luvisol dégradé et un colluviosol). Afin de reproduire l’évolution des teneurs en eau au sein des trois profils étudiés, on utilise le logiciel Hydrus 1D qui utilise l’équation de Richards pour modéliser le fonctionnement des trois sols. Il est paramétré par les propriétés hydriques mesurées sur les horizons de chaque type de sol. Les conditions initiales correspondent aux valeurs des teneurs en eau mesurées sur le terrain (lorsqu’elles étaient disponibles) ou estimées à partir des courbes de rétention. Les teneurs en eau simulées sont ensuite comparées aux chroniques de teneurs mesurées in-situ par les sondes TDR. On montre que sur la période de décembre à mars, la simulation est bien corrélée aux mesures mais décroche cependant au printemps. Plusieurs hypothèses sont alors avancées, d’une part un problème dans les valeurs des paramètres de l’équation de Van Genuchten (ce qui nous amène à étudier l’influence du paramètre alpha sur les courbes de rétention), d’autre part l’activité de prélèvement racinaire des végétaux. Sans coefficient cultural pour cette simulation, on estime le prélèvement à l’aide d’une loi empirique réalisée sur la base de la différence entre données simulées et mesurées à partir de mars. Pour le Luvisol typique, la simulation se cale sur les mesures avec un temps de retard, probablement pour des raisons d’initialisation. On propose alors un « temps de chauffe » du modèle avant l’interprétation de ses données., To better understand the greenhouse emissions by soils, UR SOLS at INRA developed a research program on the monitoring of gas and hydric functioning of soils on the OS² site (about 10 km²), at the limit between Perche et Beauce Chartraine In that context, our research aimed at studying the evolution of water content in three different soil profiles. This report used the HYDRUS 1D software to simulate water transfer in soil. It was parameterised by the hydric properties of each soil horizon. Initial conditions corresponded to measured water contents (when they were available) or estimated ones. The simulated water contents were compared to the measured data, obtained by Time Domain Reflectometry (measurement problems were observed with TDR when temperature was below 5°C). The results were coherent between December and March but discrepancies were observed in Spring, due to either the parameters of the Van Genuchten equation, or root uptake by biological activity. The latter was estimated by an empirical equation. For one soil, we observed a delay between simulated and measured data, which demonstrated that, over some initial conditions, the model needs a heating time.

IATE Axe 2 : Structuration sous contraintes des agropolymères et réactivité des poudres Contacts : fax: þ33 4 6714 4990 ; email adresses : anne.chevillard@univ-montp2.fr, helene.coussy@univ-montp2.fr, cuq@supagro.inra.fr, guillard@univ-montp2.fr, cesar.guy@neuf.fr, gontard@univ-montp2.fr, egastald@univ-montp2.fr; The objective of this work was to investigate the influence of clay nanoparticles on the biodegradability of wheat gluten-based materials through a better understanding of multi-scale relationships between biodegradability, water transfer properties and structure of wheat gluten/clay materials. Wheat gluten/clay (nano)composites materials were prepared via bi-vis extrusion by using an unmodified sodium montmorillonite (MMT) and an organically modified MMT. Respirometric experiments showed that the rate of biodegradation of wheat gluten-based materials could be slowed down by adding unmodified MMT (HPS) without affecting the final biodegradation level whereas the presence of an organically modified MMT (C30B) did not significantly influence the biodegradation pattern. Based on the evaluation of the water sensitivity and a multi-scale characterization of material structure, three hypotheses have been proposed to account for the underlying mechanisms. The molecular/macromolecular affinity between the clay layers and the wheat gluten matrix, i.e. the ability of both components to establish interactions appeared as the key parameter governing the nanostructure, the water sensitivity and, as a result, the overall biodegradation process.

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Ce rapport présente le travail effectué au sein de l’UMR EMMAH à Avignon sur le code éléments finis Fafemo. Ce code donne une solution numérique des équations non linéaires de Richards traduisant les écoulements dans les milieux poreux non saturés. J’ai d’abord amélioré le code séquentiel en utilisant des méthodes itératives pour résoudre les systèmes linéaires creux (PETSc) et le mailleur Gmsh. Les coûts de calcul ont été significativement réduis. Cependant, l’objectif principal de ce stage a été de concevoir une version parallèle et efficace de Fafemo. J’ai effectué les tests de cette version parallèle sur deux clusters (Migale et Jade, le plus puissant cluster français). Ce travail a permis de faire un premier pas vers la modélisation du comportement de milieux poreux fortement hétérogènes comme les substrats des toitures terrasses végétalisées, This manuscrit presents the work done on Fafemo software based on finite element methods at the EMMAH laboratory in Avignon. This software gives us numerical solutions of Richards non linear equations for water flow in unsaturated porous media. First I improved the software using iterative methods to solve sparse linear systems (PETSc) and Gmsh as mesher. Computational costs have been significantly reduced. But the main goal of this training course was to develop a parallel version of Fafemo. This version was tested on Migale and Jade (the most powerful French cluster). This works leads to a first step in simulating water flow in heterogeneous ground with application to green roofs

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5 annexes, 28 p. Diplôme : IUT

Cette thèse étudie le transfert hydrique dans les sols non saturés et analyse sur la base des travaux antérieurs et en cours, l'effet de la sécheresse sur les constructions. Le mémoire comporte une synthèse bibliographique portant : - sur les généralités relatives aux transferts hydriques isothermes dans un milieu poreux à degré de saturations variable, sur les approches disponibles pour décrire ce phénomène qui est ramené physiquement à un processus décrit par une équation aux dérivées partielles de type parabolique, fortement non linéaire, - sur des solutions analytiques des écoulements à partir d'un puits à charge constante et à partir d'une source circulaire en surface à pression constante négative ou nulle, - sur l'analyse et la compréhension du système " mouvement de terrain différentiel consécutif à la sécheresse et à la réhydratation des sols argileux " et, - sur les techniques proposées pour amortir la gravité de sinistre induit par la sécheresse. Le programme d'essais en laboratoire a permis de déterminer la conductivité hydraulique, suivre la cinétique d'infiltration verticale dans une colonne de sol initialement non saturée et analyser de manière rigoureuse l'effet des conditions aux limites et des conditions initiales sur le phénomène. Pour suivre ce transfert en temps réel et en continu, un dispositif de mesure expérimental est mis au point. Il permet d'utiliser la méthode des profils instantanés avec mesure de succion à l'aide des papiers filtres. Les résultats ont montré que sur les échantillons compactés, l'augmentation de la teneur en eau initiale influence significativement l'évolution du profil de succion au cours de l'infiltration. Toutefois elle réduit la vitesse d'infiltration ainsi que l'avancement du front d'humidification. Par ailleurs l'augmentation de la charge hydraulique entraîne une augmentation de la profondeur de la zone d'humidification, mais elle n'influe pas la vitesse d'infiltration. L'étude expérimentale a permis de calculer le coefficient de perméabilité à saturation à partir de la connaissance du front d'humidification Zf. Lors des essais réalisés en place à l'aide d'infiltromètre à simple anneau, pour différentes charges hydrauliques positives appliquées à la surface du sol, la conductivité hydraulique ainsi que le potentiel d'écoulement matriciel ont été évalués selon différentes méthodes d'analyse des données d'infiltration. La thèse apporte, de plus, une contribution importante en matière d'évaluation de la gravité de la sécheresse sur les constructions. Cette partie vise principalement la qualification de la sévérité des sécheresses, afin de pouvoir décider de leur caractère catastrophique (anormal, exceptionnel) et de mettre en oeuvre le mécanisme d'indemnisation des dégâts dus à ces sécheresses par le système national d'indemnisation des catastrophes naturelles en France. Nous avons analysé les enregistrements de huit stations météorologiques mis à notre disposition par Météo France de 1950 à 2005. L'apport majeur de ce travail est la proposition d'un outil de classement des sécheresses dans une échelle de gravité significative du point de vue de la géotechnique. Ce mémoire s'achève par la vérification de l'hypothèse principale de travail qui est : un longue période de sécheresse est le principal facteur de déclenchement de ces mouvements. Les diagrammes ombrothermiques de Bagnouls et Gaussen pour des stations en région aride (période moyenne d'enregistrement de 20 ans) montrent l'intérêt des discussions en cours sur l'amplitude la vitesse et la localisation des différentes séquences sèches existantes dans les séries à partir de l'accumulation des anomalies pluviométriques décadaire.

International audience; Soil structure plays a major role in the design of new crop management systems. For instance, the transition from conventional to no-tillage changes soil structure, which, in turn, has implications on crop yield greenhouse gas emissions, and pesticide and nitrate leaching. Modelling soil structure at field scale faces two main issues: (1) the spatial variability and (2) the temporal variability. Here, we review how spatial variability of soil structure is taken into account in water transfer models at field scale. We discuss the effects of soil structure on hydraulic properties. We present options to model soil structure effects using pedotransfer functions or calculations based on pore network geometry. Then we review studies on water transfer. Here, we show the utility of one-dimensional (1-D) and 2-D models, and the range of soil profile partitions. In the second part, we study a mean to model the temporal variation of soil structure. We propose an indicator of soil structure dynamics based on the proportion of compacted clods in the tilled layer. This indicator was measured from the observation face of soil pits. We studied this indicator in a long-term field experiment involving various risks of compaction. The results showed that this indicator gave a more precise description of the time course changes in soil structure than the mean soil bulk density measured on the same experimental plots. Lastly, we discuss the principles of a model that predicts the evolution of this indicator under different soil tillage and climatic conditions. This model can be used to evaluate the effects of different crop management systems on soil structure and soil water transfer.

Cet article presente une etude en laboratoire de l'infiltration dans une colonne du sol initialement non sature. Considerant certaines hypotheses simplificatrices, le phenomene du transfert hydrique est ramene physiquement a un processus decrit par une equation aux derivees partielles type parabolique detaillee dans un premier temps. Dans un second temps l'article decrit le materiau utilise dans cette etude. Il donne une description de montage utilise pour suivre l'infiltration. Les courbes d'infiltration cumulee sont analysees en detail. Les auteurs montrent comment la conductivite hydraulique peut etre deduite de ces mesures. L'application aux resultats du modele de Philip montre une bonne concordance avec les mesures. Enfin, les conditions d'application et les interpretations sont detaillees (A).

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Ce projet de recherche a consisté à déterminer les propriétés hydriques effectives de l’horizon E&Bt d’un Albeluvisol, horizon fortement hétérogène. La démarche employée a été i) de mesurer les propriétés hydriques des deux sous-unités homogènes de l’horizon (les Volumes Elémentaires Représentatifs, VPE), ii) de caractériser l’organisation 3-D de celui-ci et iii) de modéliser ses propriétés hydriques effectives selon l’approche du Scaleway. Les propriétés hydriques ont été obtenues par des mesures de laboratoire. En particulier, la détermination de la conductivité hydraulique en régime insaturé sur des échantillons pluri-centimétriques a nécessité le développement d’une nouvelle méthode de mesure. Les propriétés hydriques des VPE ocre argileux et des VPE clairs limoneux sont significativement différentes. La géométrie 3-D de l’horizon a été caractérisée par la méthode géophysique de résistivité électrique. La structure électrique obtenue est discrétisée en deux phases dont l’organisation s’apparente à la structure de l’horizon. Sur des coupes verticales de cette structure, l’estimation des propriétés hydriques effectives de l’horizon a été réalisée par des calculs analytiques et par des simulations numériques. Les résultats montrent que la conductivité hydraulique est très dépendante de l’orientation de la structure du milieu. In fine, nous avons proposé une démarche opérationnelle permettant de déterminer rapidement la conductivité hydraulique effective d’horizons hétérogènes., Our research aims at determining the effective hydraulic properties of a highly heterogeneous horizon in an Albeluvisol. We first measured the hydraulic properties of the two homogeneous sub-units (Elementary Pedological Volume, EPV) of the horizon by developing a new laboratory protocol dedicated to the measurement of the unsaturated hydraulic conductivity on small pluri-centimetric samples. We demonstrated that the hydraulic properties of the clayey ochre EPV and the silty white EPV were significantly different. Secondly, we characterized the 3-D organization of the heterogeneous horizon by the geophysical method of electrical resistivity. The signal was sensitive to the difference of texture between the two EPV and, as a consequence, the electrical structure derived from the field measurements showed an organization close to the structure of the horizon. Thirdly, we estimated the effective hydraulic properties of the horizon using the Scaleway approach. The effective hydraulic properties were determined from analytical calculations or numerical modelling on 2-D slices of the 3-D structure. The results showed a strong relationship between the hydraulic conductivity and the structure of the soil horizon. Thank to our results of modelling, we finally proposed a simple practical approach to obtain the effective hydraulic conductivity of heterogeneous horizons.

Format du poster : DiaporamaFormat du poster : Diaporama; absent

L'effet de l'hétérogénéité du milieu poreux sur l'écoulement et le transfert colloïdal a été étudié en colonnes de laboratoire. Cette hétérogénéité a été créée par l'insertion de macropores artificiels de 0.9mm de diamètre et d'un géotextile dans un milieu sableux. Cette étude confirme la fonction de chemin préférentiel des macropores, dans les sols hétérogènes, pour les solutés et les particules colloïdales, favorisant ainsi le transfert de pollution en conditions saturées. L'introduction d'une strate artificielle peut réduire l'effet des macropores. La rétention colloïdale dépend du degré d'homogénéité de l'écoulement : elle diminue en présence d'un écoulement homogène et augmente quand l'écoulement est hétérogène.

absent

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Ce rapport présente l’évaluation d’indicateurs utilisés dans le cadre d’un outil d’aide à la décision. Ces indicateurs (4), basés sur la teneur en eau des sols, sont construits à partir d’un modèle de transfert d’eau et de chaleur. Cet outil doit permettre d’aider les agriculteurs à réaliser les opérations culturales de travail du sol afin d’éviter le tassement de sol (grâce à la prévision des périodes sèches du sol). Les différentes méthodes d’évaluations utilisées classiquement dans le cadre des outils d’aide à la décision sont passées en revue. Ces méthodes sont analysées afin de les associer à des types de risques propres aux outils d’aide à la décision. Une fois le choix de la méthode fait, l’évaluation des indicateurs est effectuée. Cette évaluation est effectuée sur deux jeux de données de référence : l’un basé sur des simulations, l’autre sur des relevés de terrain. L’analyse des résultats montre que certains indicateurs sont mieux adaptés à certains types de sol et qu’il est possible d’améliorer le résultat des quatre indicateurs, This document deals with the assessment of indicators used like decision help tool. The indicators (4 different) are achieved using a water and heat transfer model, on soil moisture simulation. This tool must be used for decision help of soil tillage management to avoid soil compaction (thanks to prevision of dry periods for the soil). We reviewed classical assessment methods used in the framework of help tools evaluation. We analysed these methods to associate them with help tools risks analyses. Thus, the 4 indicators are assessed with the most adapted method. This evaluation is made with two different reference data file. One is based on simulation and the second comes from experimental statement. The analyse shows that indicators are most useful when they are associated with specific conditions of soil and the 4 indicators can be improved

La compréhension des transferts d’eau et d’ions dans la zone non saturée d’un andosol sous bananeraie est complexe car gouvernée par des mécanismes hydrodynamiques et chimiques intervenant à des échelles spatiales différentes. D’une part, le bananier intercepte la pluie incidente et la concentre plus de 20 fois le long de son pseudo-tronc (stemflow). D’autre part, les engrais solubles épandus manuellement et intensivement à proximité du pseudo-tronc sont exposés à ce stemflow, qui les entraîne vers les horizons superficiels et profonds du sol à charges variables où existe une adsorption conjointe d’anions et de cations. Ces caractéristiques font des bananeraies sur andosol des configurations culturales sur lesquelles on ne peut porter de diagnostic ni suggérer des pratiques de fertilisation optimisées que si l’on comprend et sait prévoir les flux sortants de solutés. Des expérimentations en laboratoire - mesure des paramètres hydrodynamiques (Wind), batch, colonnes de sol - et in situ - mesure des paramètres hydrodynamiques (Beerkan, Decagon, Trims, infiltromètre double anneaux), lysimétrie à succion contrôlée, tensiométrie - associés à des modèles numériques - HYDRUS 1D/2D/3D - sont utilisés pour gérer de tels systèmes. Les objectifs de la thèse sont de (i) mesurer et modéliser les transferts hydriques à l’échelle de la plante et de son rang (ii) mesurer et analyser le comportement des ions, K+ et NO3- à l’échelle du batch, de la colonne de sol et au champ (iii) modéliser les transferts hydriques et de ces ions à l’échelle de la colonne de sol. Les résultats des isothermes de sorption établis en systèmes batch montrent la capacité des horizons B, en conditions acides, à adsorber préférentiellement les nitrates relativement au potassium et inversement pour l’horizon A. Les mesures en colonne de sol ont permis de confirmer ce comportement. Une modélisation satisfaisante est obtenue en une dimension grâce au calage des paramètres des isothermes linéaires, Langmuir-Freundlich. Au champ, les résultats montrent que l’impact du stemflow concerne essentiellement l’aplomb du bananier et son aval immédiat. Les paramètres hydrauliques (courbe de rétention, conductivité hydraulique en fonction de la charge) évalués par une procédure inverse prenant comme fonction objective les écoulements lysimétriques ont été conformes aux mesures par infiltromètres à double anneau pour la conductivité hydraulique à saturation. La modélisation bi ou tri-dimensionnelle des transferts hydriques est validée par comparaison avec les données tensiométriques. L’identité des écoulements simulés obtenus avec et sans lysimètre a permis de montrer que le dispositif est généralement sans biais sur les périodes étudiées. Le bilan hydrique à l’échelle d’une maille élémentaire et sur 168 jours est équilibré à 4% près, malgré une pluviométrie considérable de 4120 mm. La modélisation des transferts de solutés à l’échelle du bananier n’est pas envisagée car, compte tenu de l’intensité des flux d’eau, il n’est pas possible d’atteindre l’équilibre in situ. Cependant, les expérimentations ont montré que l’impact du stemflow sur les pertes d’azote nitrique et de potassium devient considérable lorsque les engrais sont apportés au pied du bananier : ces ions n’ont alors pas le temps d’interagir avec les capacités d’échange anionique et cationique, et se trouvent rapidement lessivés. Cet impact affecte peu la rétention des nitrates si les fertilisations azotées sont épandues de manière diffuse. Malgré les pluviométries très élevées qu’ils subissent, les andosols sont donc capable de tamponner le lessivage des nitrates abondants sous fertilisation azotée excessive, sauf si les apports d’engrais sont exposés à des drainages localisés suralimentés dus à la concentration de la pluie par des peuplements végétaux cultivés., Water flow and ion transport in the vadose zone of an andosol under banana plants are complex processes controlled by hydrodynamic and chemical mechanisms active at different spatial scales. On the one hand, the banana plant intercepts the incident rainfall and concentrates it more than 20 times around its pseudo-trunk (stemflow). On the other hand, soluble manure manually and intensively spread near the plant foot is exposed to this stemflow and carried away to depths of the variable charge soil that simultaneously sorbs both cations and anions. These characteristics make banana plantations on andosol very complex. Decisions about configurations on which to carry diagnosis or about optimized fertilization practices can be made only if one understands and can envisage outgoing flows of aqueous solutions. To better understand and manage such systems, laboratory experiments (measurements of the soil hydraulic properties using the Wind evaporation method; batch experiments, and soil columns experiments), in situ experiments (measurements of the hydrodynamic parameters using the Beerkan, Decagon, Trims, double rings infiltrometer methods, lysimetry with controlled suction, and tensiometry) and analyses with the numerical HYDRUS-1D/2D/3D models were carried out. The objectives of the thesis are (i) to measure and model water flow at the scale of the plant and its row, (ii) to measure and analyze the behavior of the K+ and NO3- ions at batch, column and field scales, and (iii) to model the water flow and ions transfers at the scale of the soil column. The adsorption isotherms established in batch systems showed the capacity of the B horizon, under acid conditions, to preferentially adsorb nitrates compared to potassium. Opposite behavior was found for the A horizon. Measurements on soil columns confirmed this behavior. Fitted parameters of the linear and Langmuir-Freundlich isotherms provided satisfactory model descriptions of solute transport in one-dimensional column experiments. In situ, results showed that the main stemflow impact is directly under the banana plant and immediately downstream of it. The soil hydraulic parameters (parameters of the retention curve and the hydraulic conductivity function), obtained using an inverse procedure that considered as objective function the lysimeter fluxes, were in good agreement with saturated hydraulic conductivities measured using double ring infiltrometers. Two- and three-dimensional water flow modeling was validated by comparison with the tensiometric data. The similarity of the simulated fluxes obtained with and without lysimeters made it possible to show that the lysimeter device did not affect results during studied periods. The water balance for the banana plant and the row and duration of 168 days, is reasonable, with an error of 4%, despite of a considerable rainfall of 4120 mm during the studied period. Solute transport modeling at the plant scale was not done since the large water fluxes did not permit in situ equilibrium to be reached. However, the experiments showed that the stemflow considerably affected the potassium and nitric nitrogen losses when manure was spread at the foot of the banana plant. Ions then did not have enough time to interact with the anion and cation exchange capacities of the soil and were quickly leached. The stemflow affected the retention of nitrates and potassium less if fertilizers were spread uniformly on the soil surface. In spite of very high rainfalls typical for regions with andosols, these soils are able to prevent the leaching of abundant nitrates under excessive fertilization, except when manure is exposed to localized drainage fluxes, such as stemflow resulting from the rainfall focused by the cultivated crops.

The main objective of this work is the study, by a multi-scales approach, of the behaviour of building stonesof monuments with respect to deterioration. To this end, two building limestones, of which a few maincharacteristics are very close (total porosity, mechanical resistance), are studied: white tuffeau, which islargely employed in constructions of castles of the Loire Valley, and Sébastopol stone, used in Paris area.First of all, an observation of the various types of in-situ weathering and a case study on a naturallydeteriorated stone were carried out in order to note the various morphologies of deterioration and to identifywater like the agent vector of the phenomena of deterioration.In the second time, a multi-scales characterization was carried out in order to observe the fresh stones fromthe point of view of their mineralogical constitution, the morphology of their porous media and especially oftheir water properties (water retention capacity, properties of transfer of water in liquid form and vapourform) but also of their hydro-mechanical behaviour.The last part is devoted to the durability of the building stones with the study of compatibility betweenstones used in restoration. Indeed, behaviours of the stones during an artificial ageing test are compared.The different reaction of the two stones in relation with this same process of deterioration is to be linked totheir very dissimilar water properties. At last, a formulation and a hydro-mechanical characterization ofjoints of mortar are proposed in order to determine the criteria of compatibility between the mortar and thestones.; L'objectif principal de cette thèse concerne l'étude, par une approche multi-échelles, du comportement despierres de monuments vis-à-vis de l'altération. A cet effet, deux pierres de construction, dont certainescaractéristiques principales sont assez semblables (porosité totale, résistance mécanique), sont étudiées : letuffeau blanc, qui est largement employé dans les constructions des châteaux du Val de Loire, et la pierre deSébastopol, utilisée en région parisienne.Tout d'abord, une observation des différents types de dégradations rencontrées in-situ ainsi qu'une étude decas sur une pierre altérée naturellement ont été réalisées afin de constater les différentes morphologiesd'altération et d'identifier l'eau comme l'agent vecteur des phénomènes d'altération.Dans un second temps, une caractérisation multi-échelles a été effectuée afin de bien connaître les pierresnon-altérées du point de vue de leur constitution minéralogique, de la morphologie de leur milieu poreux etsurtout de leurs propriétés hydriques (capacité de rétention d'eau, propriétés de transfert de l'eau sous formeliquide et sous forme vapeur) mais aussi de leur comportement hydro-mécanique.La dernière partie est consacrée à la durabilité des pierres mises en oeuvre avec l'étude de la compatibilitéentre les matériaux utilisées en restauration. En effet, le comportement des pierres durant un essai devieillissement artificiel est comparé. La réaction différente des deux pierres face à ce même processusd'altération est à relier directement à leurs propriétés hydriques très dissemblables. En dernier lieu, uneformulation et une caractérisation hydro-mécanique de joints de mortier est proposée afin de déterminer lescritères de compatibilité entre le mortier et les pierres en oeuvre.

Objective of this thesis is characterized by experimental approaches and digital water effects, mechanical and hydromechanical due to desaturation and resaturation argillite of the East, the future laboratory host rock underground storage of radioactive waste Bure (France). We present experimental and numerical approaches to characterize the phenomenon of water transfer in the argillite. A simple method of identification is proposed, by determining the moisture diffusivity from linearized weight measurements on samples (thin tube and thin plate) subjected to moisture levels in cycles of desaturation-resaturation. The water transfer is non-linear. To interpret this phenomenon, we establish a nonlinear numerical model taking into account physical phenomena (hydraulic conduction, vapor diffusion, phase change, etc..). We then study the evolution of physical and mechanical behavior of shale according to the humidity imposed, following a series of desaturation-resaturation successive stages. The water deformation, the propagation velocity of ultrasonic waves, the elastic properties, the fracture characteristics and phenomena deferred state dependent fluid material. The influence of desaturation and resaturation on "a scale model of a tunnel is studied. To highlight the anisotropy of the rock, it uses thick tube whose axis is parallel or perpendicular to bedding. These tubes are subjected to water loads by ventilation air humidity variable in their central hole. We use a nonlinear poroelastic model for interpreting the phenomena observed anisotropic hydro. It shows that water loading can lead to disruption of specimen that respect the directions of anisotropy of the rock, which may be interpreted by the hydromechanical model as a violation of a failure criterion in total stress traction. Finally, numerical calculations for the phenomena caused by desaturation and resaturation scale underground structures are made by numerical models calibrated from experimental results. The analytical and numerical solutions by finite element method are performed to predict the influence of desaturation and the resaturation massive mudstone in underground tunnels.; L'objectif de cette thèse est de caractériser par des approches expérimentales et numériques les effets hydrique, mécanique et hydromécanique dus à la désaturation et la resaturation de l'argilite de l'Est, roche hôte du futur laboratoire souterrain de stockage des déchets radioactifs à Bure (France). Nous présentons des approches expérimentales et numériques pour caractériser le phénomène de transfert hydrique dans l'argilite. Une méthode simple d'identification est proposée, en déterminant la diffusivité hydrique linéarisée à partir de mesures pondérales sur des échantillons (tube mince et plaque mince) soumis à des paliers d'humidité suivant un cycle de désaturation-resaturation. Le transfert hydrique est non-linéaire. Pour interpréter ce phénomène, on établit un modèle numérique non linéaire tenant compte des phénomènes physiques (la conduction hydraulique, la diffusion de vapeur, le changement de phase etc.). On étudie ensuite l'évolution du comportement physique et mécanique de la roche argileuse en fonction de l'humidité imposée, suivant un cycle de désaturation-resaturation par paliers successifs. La déformation hydrique, la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques, les propriétés élastiques, les caractéristiques de rupture et les phénomènes différés dépendent de l'état hydrique de matériau. L'influence de la désaturation et de la resaturation sur "un modèle réduit de tunnel» est étudiée. Pour mettre en valeur l'anisotropie de la roche, on utilise des tubes épais dont l'axe est parallèle ou perpendiculaire à la stratification. Ces tubes sont soumis à des chargements hydriques par ventilation d'air à hygrométrie variable dans leur trou central. Nous utilisons un modèle poroélastique non-linéaire, pour interpréter les phénomènes hydromécaniques anisotropes observés. On montre que les chargements hydriques peuvent conduire à des ruptures de l'éprouvette qui respectent les directions d'anisotropie de la roche, et qui peuvent être interprétées par le modèle hydromécanique comme une violation d'un critère de rupture en contrainte totale de traction. Finalement, des calculs numériques pour les phénomènes engendrés par la désaturation et la resaturation à l'échelle des ouvrages souterrains sont réalisés, par des modèles numériques calibrés à partir de résultats expérimentaux. Des solutions analytiques et numériques par la méthode des éléments finis sont réalisées pour prévoir l'influence de la désaturation et de la resaturation sur le massif d'argilite dans les galeries souterraines.

Objective of this thesis is characterized by experimental approaches and digital water effects, mechanical and hydromechanical due to desaturation and resaturation argillite of the East, the future laboratory host rock underground storage of radioactive waste Bure (France). We present experimental and numerical approaches to characterize the phenomenon of water transfer in the argillite. A simple method of identification is proposed, by determining the moisture diffusivity from linearized weight measurements on samples (thin tube and thin plate) subjected to moisture levels in cycles of desaturation-resaturation. The water transfer is non-linear. To interpret this phenomenon, we establish a nonlinear numerical model taking into account physical phenomena (hydraulic conduction, vapor diffusion, phase change, etc..). We then study the evolution of physical and mechanical behavior of shale according to the humidity imposed, following a series of desaturation-resaturation successive stages. The water deformation, the propagation velocity of ultrasonic waves, the elastic properties, the fracture characteristics and phenomena deferred state dependent fluid material. The influence of desaturation and resaturation on "a scale model of a tunnel is studied. To highlight the anisotropy of the rock, it uses thick tube whose axis is parallel or perpendicular to bedding. These tubes are subjected to water loads by ventilation air humidity variable in their central hole. We use a nonlinear poroelastic model for interpreting the phenomena observed anisotropic hydro. It shows that water loading can lead to disruption of specimen that respect the directions of anisotropy of the rock, which may be interpreted by the hydromechanical model as a violation of a failure criterion in total stress traction. Finally, numerical calculations for the phenomena caused by desaturation and resaturation scale underground structures are made by numerical models calibrated from experimental results. The analytical and numerical solutions by finite element method are performed to predict the influence of desaturation and the resaturation massive mudstone in underground tunnels.; L'objectif de cette thèse est de caractériser par des approches expérimentales et numériques les effets hydrique, mécanique et hydromécanique dus à la désaturation et la resaturation de l'argilite de l'Est, roche hôte du futur laboratoire souterrain de stockage des déchets radioactifs à Bure (France). Nous présentons des approches expérimentales et numériques pour caractériser le phénomène de transfert hydrique dans l'argilite. Une méthode simple d'identification est proposée, en déterminant la diffusivité hydrique linéarisée à partir de mesures pondérales sur des échantillons (tube mince et plaque mince) soumis à des paliers d'humidité suivant un cycle de désaturation-resaturation. Le transfert hydrique est non-linéaire. Pour interpréter ce phénomène, on établit un modèle numérique non linéaire tenant compte des phénomènes physiques (la conduction hydraulique, la diffusion de vapeur, le changement de phase etc.). On étudie ensuite l'évolution du comportement physique et mécanique de la roche argileuse en fonction de l'humidité imposée, suivant un cycle de désaturation-resaturation par paliers successifs. La déformation hydrique, la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques, les propriétés élastiques, les caractéristiques de rupture et les phénomènes différés dépendent de l'état hydrique de matériau. L'influence de la désaturation et de la resaturation sur "un modèle réduit de tunnel» est étudiée. Pour mettre en valeur l'anisotropie de la roche, on utilise des tubes épais dont l'axe est parallèle ou perpendiculaire à la stratification. Ces tubes sont soumis à des chargements hydriques par ventilation d'air à hygrométrie variable dans leur trou central. Nous utilisons un modèle poroélastique non-linéaire, pour interpréter les phénomènes hydromécaniques anisotropes observés. On montre que les chargements hydriques peuvent conduire à des ruptures de l'éprouvette qui respectent les directions d'anisotropie de la roche, et qui peuvent être interprétées par le modèle hydromécanique comme une violation d'un critère de rupture en contrainte totale de traction. Finalement, des calculs numériques pour les phénomènes engendrés par la désaturation et la resaturation à l'échelle des ouvrages souterrains sont réalisés, par des modèles numériques calibrés à partir de résultats expérimentaux. Des solutions analytiques et numériques par la méthode des éléments finis sont réalisées pour prévoir l'influence de la désaturation et de la resaturation sur le massif d'argilite dans les galeries souterraines.

6 annexes, 28 p. Diplôme : Dr. d'Université

Diplôme : Master