Tesis sobre el tema "Érosion et mesure d'atténuation"

L'érosion des sols est pourtant connue comme l'un des problèmes environnementaux les plus préoccupants au monde. L'érosion des sols est particulièrement et de plus en plus entraînée par les activités anthropiques dans le cadre du changement climatique. En RDP lao, un pays tropical, l'érosion des sols est due de manière significative à une gestion inappropriée des terres sur les terrains en pente. Le Houay Pano, un bassin versant cultivé du nord de la RDP lao, est exposé à l'érosion des sols, en particulier après la conversion de la culture itinérante en plantation de teck. La mauvaise gestion des terres en défrichant le sous couvert végétal sous la plantation de teck est considérée comme une cause sous-jacente du coefficient de ruissellement (Rc) plus élevé et de l'érosion des sols. Certaines mesures d'atténuation telles que le sous couvert végétal et la végétation rivulaire sont suggérées pour atténuer l'érosion des sols. Cependant, la mesure d'atténuation de l'érosion des sols et l'effet de la gestion de l'utilisation des terres sur le ruissellement de surface (SR) et la perte en sols/rendement de sédiments (Sl) à plusieurs échelles dans la plantation de teck ne sont pas entièrement évalués. Dans ce contexte, nous émettons l'hypothèse que le sous couvert végétal et l'herbe rivulaire atténuent l'érosion du sol dans la plantation d'arbres à teck et que les plantations d'arbres à teck ont ??des impacts sur SR et Sl entraînés par des processus dominants (l'érosion en nappe, l'érosion linéaire et le dépôt de sédiment) sur diverses échelles spatiales. Par conséquent, les objectifs fixés pour ce travail sont : (1) d'évaluer l'effet de la gestion du sous couvert végétal sur le ruissellement de surface et la perte en sols dans la plantation de teck à l'échelle de la micro-parcelle ; (2) d'évaluer la capacité des zones tampons d'herbes rivulaires à atténuer SR et Sl, et d'évaluer leur efficacité de piégeage de l'eau et des sédiments dans les plantations de teck sans sous couvert végétal à l'échelle du versant ; et (3) d'évaluer l'effet de la plantation de teck sur SR et Sl à diverses échelles spatiales (échelles de micro-parcelle, de versant incluant micro-bassin versant, et de bassin versant) dans un bassin versant tropical montagneux à utilisations mixtes de terre. Dans cette étude, le village de Ban Kokngew et le bassin versant d'Houay Pano ont été sélectionnés comme zones d'étude expérimentale pendant la saison des pluies. Des micro-parcelles, des pièges Gerlach et des déversoirs ont été utilisés pour estimer SR et Sl à chaque échelle. Nous avons suivi le modèle TEST développé pour l'érosion en nappe, qui nécessite quelques paramètres, pour évaluer Sl sur la micro-parcelle et le mettre en hautes échelles spatiales pour prédire Sl à l'échelle du versant et du bassin versant. Dans une étude réalisée en 2017 dans les plantations de teck de Ban Kokngew à l'échelle micro-parcelle, nous avons montré que Rc et Sl (23%, 381 Mg·km-2, respectivement) sous teck avec sous couvert végétal étaient inférieurs à ceux sous teck sans sous couvert végétal (60 % et 5455 Mg·km-2, respectivement). Par conséquent, l'atténuation de l'érosion des sols par le maintien du sous couvert végétal sous la plantation de teck réduit Sl de 14 fois. [...]
Soil erosion is yet known as one of the most concerning problems of the environment in the world. Soil erosion is particularly and increasingly driven by anthropogenic activities under the changing climate. In Lao PDR, a tropical country, soil erosion is significantly due to inappropriate land management on the sloping land. The Houay Pano, a cultivated catchment of the northern Lao PDR, is prone to soil erosion, particularly after the conversion from shifting cultivation to teak tree plantation. Land mismanagement by clearing the understory under the teak tree plantation is considered as an underlying cause of higher runoff coefficient (Rc) and soil erosion. Some mitigations such as understory and riparian vegetation are suggested for alleviating soil erosion. However, the mitigation measure of soil erosion and the effect of land use management on surface runoff (SR) and soil loss/sediment yield (Sl) on multiple scales in the teak tree plantation are not fully assessed. In this context, we hypothesize that understory and riparian grass mitigate the soil erosion in the teak tree plantation and that teak tree plantation impacts on SR and Sl driven by dominant processes (inter rill erosion, linear erosion, and deposition) on various spatial scales. Therefore, the objectives set out for this work are: (1) to assess the effect of understory management on SR and Sl in the teak tree plantation on the microplot scale; (2) to assess the ability of riparian grass buffers to mitigate SR and Sl, and to assess their water and sediment trapping efficiencies in the teak tree plantations with no understory on the hillslope scale; and (3) to assess the effect of teak tree plantation on SR and Sl on various spatial scales (microplot, hillslope including micro-catchment, and catchment scales) in a mixed land uses mountainous tropical catchment. In this study, Ban Kokngew village and Houay Pano catchment were selected as experimental study areas during the rainy season. Microplots, Gerlach traps, and weirs were used to estimate SR and Sl on each scale. We followed the TEST model developed for inter rill erosion, which requires a few parameters, to assess Sl on the microplot and upscale it to predict Sl on the hillslope and catchment scale. In a study performed in 2017 in the teak tree plantations of Ban Kokngew on the microplot scale, we showed that Rc and Sl (23%, 381 Mg·km-2, respectively) under teak tree with understory were less than those under teak tree with no understory (60% and 5455 Mg·km-2, respectively). Hence, soil erosion mitigation by keeping the understory under teak tree plantation reduces Sl by 14 times. In a study performed in 2014 in the teak tree plantations of Houay Pano on both the microplot and the hillslope scales, we showed that leaving the riparian grass buffer of at least 6 m could limit SR and Sl discharging downstream during small storms (24-hour rainfall < 54.8 mm) with the trapping efficiency up to 88%. Lastly, in a study performed in 2014 in the teak tree plantations of Houay Pano on various scales, we showed that SR and Sl were significantly higher (p-value < 0.05) in the teak-dominated micro-catchment than in the mixed-land-use micro-catchment. SR and Sl decreased from the microplot (122 - 196 mm, 275 - 1065 Mg·km-2, respectively) to the micro-catchment (24 - 188 mm, 95 - 3635 Mg·km-2, respectively) and catchment scale (33 mm, 236 Mg·km-2, respectively), except that Sl in teak tree plantation increased from the microplot (1065 Mg·km-2) to the micro-catchment scale (3635 Mg·km-2). [...]

Une méthode originale de transmission a permis d'obtenir les coefficients d'atténuation. Le phénomène d'auto-atténuation a ensuite été pris en compte par la méthode de Bellini, puis a été validé sur des simulations, sur des objets et finalement sur des patients présentant une pathologie neurologique. Les résultats ont montré une amélioration notable de la quantification des acquisitions obtenues en SPECT.

L'échographie de la peau, réalisable avec des échographes à haute fréquence (20 MHz), reste à l'heure actuelle qualitative et seule la biopsie permet de caractériser de façon certaine la nature des tissus cutanés. L'objectif de ces travaux est de développer des outils de caractérisation de la peau in vivo par mesure des coefficients d'atténuation et de rétrodiffusion ultrasonores. Dans un premier temps, les techniques nécessaire à la mesure de ces paramètres ultrasonores in vivo à 20 MHz ont été développées étalonnage de l'échographe, compensation de la diffraction du faisceau ultrasonore, choix du gain d'acquisition, sélection de la région de mesure, paramètres de traitement des signaux. Les coefficients d'atténuation et de rétrodiffusion ont ensuite été mesurés in vivo dans le derme de 29 sujets. La variabilité des mesures dans un plan parallèle à la surface cutanée et leur reproductibilité ont été évaluées. Les paramètres ultrasonores se sont avérés être sensibles à des facteurs expérimentaux (températures ambiante et cutanée, pression appliquée sur la peau), aux facteurs liés aux sujets (âge, sexe) et au site de mesure. En outre, les mesures des paramètres d'atténuation sont sensibles à l'atténuation du derme mais aussi aux variations en profondeur de ses propriétés de diffusion. Enfin, les variations des paramètres ultrasonores ont été comparées in vitro aux variations des paramètres de structure du derme issus de l'analyse histologique. Un protocole de mesure des paramètres de morphométrie du collagène, principal constituant du derme, a donc été développé. Il ressort de cette étude que la dépendance en fréquence du coefficient de rétrodiffusion est liée à l'épaisseur des faisceaux de collagène et que le coefficient intégré de rétrodiffusion est lié au pourcentage de surface occupée par le collagène. Les outils développés sont ainsi prometteurs pour le diagnostic de pathologies et l'évaluation de traitements thérapeutiques ou cosmétiques
To date, skin imaging with high frequency (20 MHz) ultrasonic systems remains qualitative and biopsy is the only recourse for skin tissue characterization. The aim of this work is to develop techniques for in vivo skin characterization by attenuation and backscattering coefficient measurement. Techniques necessary for the measurement of these ultrasonic parameters in vivo at 20 MHz were first developed: acquisition system calibration, beam diffraction compensation, acquisition gain choice, selection of the region of interest, signal-processing parameters. The attenuation and backscatter coefficients were then measured in vivo in the dernis of 29 subjects. The measurements' variability in a plane parallel te the skin-surface and their reproducibility were evaluated. Ultrasonic parameters were found to be sensitive to experimental factors such as room and skin-surface temperatures and pressure applied to skin during acquisition, to subject-dependent factors such as age and gender, as well as to measurement site. Moreover, attenuation measurements are demonstrated te be sensitive both to dermis attenuation and variation ofbackscattering properties with depth. Finally, an in vitro study was conducted te compare the ultrasonic parameter variations with those of the dermis structure assessed by histology. A protocol was developed to measure the morphometrical parameters of collagen which is the main dermis constituent. The frequency dependence of backscatter was significantly related to the collagen bundle thickness and the integrated backscatter coefficient was related to the fractional area occupied by collagen. Such techniques are thus promising for pathology diagnosis and the evaluation of dermal response to therapeutics and cosmetics

On montre la possibilite de mesurer la concentration lineique instantanee dans les ecoulements gaz-solide par une methode d'attenuation de rayons x. Le prototype est teste en laboratoire et sur un ecoulement industriel de transport pneumatique de charbon pulverise. L'appareil permet egalement de mesurer l'epaisseur des depots. Mise au point d'une methode de reconstruction numerique d'image pour determiner la carte de concentration dans une section d'un ecoulement stationnaire. On dresse les cartes de concentration d'un ecoulement pneumatique de billes de verre dans une conduite horizontale

L’objectif de cette thèse est l’étude des caractéristiques d’émission des aérosols terrigènes ou poussières minérales avec les conditions aérodynamiques en zone source. Ces particules de poussière sont produites par érosion mécanique des sols sous l’action du vent dans les environnements désertiques et semi-désertiques. Ils sont un vecteur important de nutriments (N, P, Fer..) entre les écosystèmes terrestres et marins et influencent le bilan climatique global de par leur aptitude à diffuser et/ou absorber les rayonnements solaires et telluriques lorsqu’ils sont en suspension dans l’atmosphère. Ce travail s’est déroulé en deux étapes avec dans un premier temps des mesures expérimentales en conditions naturelles dans un champ de mil au Niger lors de deux campagnes du programme de l’Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA) en été 2006 et 2007. Dans un second temps ces mesures ont été confrontées au modèle de production de poussière minérale le DPM (Dust Production Model) développé au LISA à partir de considérations théoriques et d’études en soufflerie. Durant les deux campagnes de mesures, trois événements érosifs dont deux modérés de type ‘mousson’ et un très énergique de type système convectif, contraints au maximum ont pu être étudiés de manière détaillée. Les mesures expérimentales confirment d’une part que le sandblasting est bien le moteur de la génération des aérosols terrigènes. Et, d’autre part comme cela avait été montré par les études en soufflerie, les flux d’émission d’aérosols terrigènes sont enrichis en particules de plus en plus fines lorsque la contrainte exercée par le vent au niveau du sol augmente. Nos résultats expérimentaux ont par la suite été comparés aux prédictions du DPM qui reproduit d’une manière plutôt satisfaisante les flux totaux en masse à condition de réduire les énergies de cohésions, déduites des mesures en soufflerie, et liant les particules fines entre elles. En revanche, lorsqu’on regarde les flux résolu en tailles, le modèle a tendance à surestimer les populations de particules les plus grossières. Ceci a nécessité de développer une nouvelle paramétrisation des flux d’émission avec les conditions aérodynamiques. Cette dernière a été testée avec satisfaction sur un événement d’érosion indépendant de ceux utilisés pour établir la paramétrisation
The aim of this work is to link quantitatively the characteristics (intensity and sizedistribution) of the flux of fine mineral particles produced by wind-erosion in a Sahelian zone with the aerodynamic conditions prevailing during the erosion events. Achieving this goal is a prerequisite for quantifying accurately 1) the transfer of soil nutrients (N, P, Fe…) from the source areas to the deposition zones located downwind, and 2) the impact on climate of air-suspended mineral particles which are able to scatter and absorb solar and terrestrial radiation. An important part of this work has been dedicated to the collection of experimental data during the 2006 and 2007 summer campaigns of the « Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine » (AMMA) experiment. Measurements were carried out at Banizoumbou (60km east of Niamey, Niger) on a sandy agricultural field representative of the Sahelian wind erodible surfaces. After describing the original experimental set-up and associated methodology, a complete study of all the types of events monitored during the field campaigns is made. Very few transport cases accompanied by significant deposition were observed (only two over the whole measuring period), but many erosion cases were recorded. The latter could result either from the temporal strengthening of the south western monsoon winds prevailing in this season (‘monsoon events’) or to the passage of convective systems accompanied by strong surface winds and often followed by rain (‘convective events’). After rigorous cross examination of the quality of the data set 2 events of the monsoon type and one of the convective type are retained for the rest of the study. In good agreement with previous wind tunnel experiments, comparing the size distributions measured during the events confirms that the emission flux is richer in very fine particles during the energetic convective event than during the less violent monsoon ones. Then, these results are compared with the predictions of the Dust Production Model (DPM) based on the previous wind-tunnel studies. It is found that the DPM is able to simulate correctly the intensity of the emission mass flux provided adequate values are selected for the binding energies of the fine particle populations identified in the laboratory experiments. However, a more detailed analysis of the size-resolved fluxes reveals that the DPM tends to overestimate the production of particles larger than 10µm and underestimate the flux of particles with sizes between 2 and 8µm. This leads us to propose a new parameterization based on a detailed study of the 3 events selected previously. This parameterization allows prediction of the changes in emission flux intensity and sizedistribution with aerodynamic conditions. In a final step, the parameterization is tested successfully on an independent erosion event

L'érosion de cavitation est un phénomène néfaste qui peut endommager des matériaux exposés à des écoulements cavitants. Afin de prédire la perte de masse engendrée par ce mécanisme, des modèles ont été proposés. L'idée consiste à caractériser, à partir d'essais de marquage, l'endommagement généré dans le solide par les impacts de cavitation, puis à décrire l'évolution de la réponse du matériau à mesure que les impacts se répètent à sa surface. Durant celte thèse, deux modèles ont été exploités : l'un basé sur le phénomène d'écrouissage, l'autre sur la fatigue. Des codes de calcul ont été développés à partir de ces modèles ; leur sensibilité aux paramètres expérimentaux et à la qualité du dépouillement des essais de marquage a été étudiée. Des études bibliographiques ont également été menées afin de proposer des améliorations futures de ces modèles, en prenant en compte le comportement des matériaux aux grandes vitesses de déformation caractéristiques de l'érosion de cavitation
Cavitation erosion is an harmful phenomenon that can damage materials exposed to cavitating flows. Ln order to predict the mass loss engendered by this mechanism, models have been proposed. The idea consists in caracterizing the damage induced in the solid by cavitation impacts thanks to pitting tests, and then to describe the evolution of the material behaviour as impacts overlap. Two models have been exploited in this thesis : the first one is based on the work-hardening phenomenon, and the second one is based on fatigue. Calculation codes based on these models have been developped ; their sensibility to experimental parameters and to the pitting tests analysis quality has been studied. Moreover, bibliographical studies have been led in order to propose further improvements of these models, through taking into account the material behaviour at the high deformation speeds caracterizing cavitation erosion

Dans la région de Vidauban (Var), les vignobles sont établis sur des sols développés sur pélites et grès de la dépression permienne, au nord du Massif des Maures. Malgré des pentes faibles, les manifestations de l'érosion sont notables. L'étude a pour but d'éclairer le phénomène, de rechercher plus précisément l'influence de la nature du sol et de diverses façons culturales sur le ruissellement et l'érosion. Trois pratiques agricoles sont comparées: la non-culture par désherbage chimique du sol, le travail traditionnel alliant labours et griffages, enfin l'enherbement (trèfle souterrain). Cette comparaison est menée en adoptant deux points de vue: celui fourni par les techniques de simulation de pluie sur des surfaces exigües inferieures ou égales au m2; celui donne par la mesure du ruissellement et de l'érosion, à l'échelle de parcelles expérimentales de 100 m2, dans les vignes soumises aux conditions naturelles. Les essais de simulation de pluie mettent en évidence les paramètres contrôlant le ruissellement et l'érosion. Un taux élevé d'humidité du sol en début d'essai, une forte intensité de pluie, une texture de sol caractérisée par beaucoup de limons et de sables fins, la non-culture, sont des traits accompagnant les forts taux de ruissellement. Du point de vue de l'érosion, l'humidité élevée du sol avant essai, les fortes intensités de pluie, l'abondance des limons et sables fins non lies par des argiles sont toujours des facteurs favorables. Le traitement de surface le moins conservatoire n'est plus la non-culture mais le travail du sol traditionnel. Quant à l'enherbement, il apparait comme le traitement le plus efficace pour limiter aussi bien le ruissellement que l'érosion. Dans les parcelles expérimentales, le ruissellement est considérable. Globalement pour les trois années de mesures il représente entre 11 et 45% des précipitations selon les sols et le traitement agricole de la surface. L'étude de quelques épisodes pluvieux pris séparément montre que le ruissellement n'apparait que pour une hauteur de pluie supérieure à une valeur dépendant de l'état d'humidité du sol. Les écoulements ne se produisent en outre que si l'intensité de la pluie dépasse un certain seuil. Le travail du sol et l'enherbement conduisent à une augmentation importante de ces valeurs-seuils par rapport a celles correspondant a la non-culture; le ruissellement en est diminué d'au moins 50%. L'érosion a l'échelle des parcelles expérimentales est très forte et peut atteindre 54 t/ha/an. Elle se développe principalement en automne, lors des trois événements pluvieux les plus notables de l'année. L'érosion est accrue lorsque le sol est riche en limons et en sables fins non liés entre eux. Par rapport aux parcelles désherbées chimiquement, les taux d'érosion des parcelles travaillées traditionnellement sont de 1,5 a 3 fois plus faibles. L'enherbement ramène l'érosion a des valeurs très faibles ou nulles. Ainsi, contrairement a ce qui a été noté avec les essais de simulation de pluie, ici l'érosion varie toujours comme le ruissellement. En prenant en compte les taux de ruissellement et un seuil d'intensité au-dessous duquel il ne se produit pas d'érosion significative, il est possible d'établir une relation permettant l'évaluation des taux d'érosion

Comme beaucoup d'instruments de teledetection, un radar meteorologique ne mesure pas directement la variable d'interet, l'intensite pluvieuse, mais une variable qui lui est liee, la reflectivite radar. Une image de reflectivite radar ne constitue qu'une perception imparfaite du champ pluvieux reel. La reflectivite radar peut, cependant, etre liee a l'intensite pluvieuse a l'aide d'un modele theorique prenant en compte les phenomenes physiques susceptibles d'affecter la mesure radar et les caracteristiques du faisceau de mesure. L'intensite pluvieuse doit alors etre deduite des mesures radar connaissant ce modele theorique. Il n'y a alors pas de solution analytique permettant d'obtenir l'intensite pluvieuse. Il s'agit d'un probleme inverse pouvant etre resolu a l'aide d'une methode de resolution adaptee. Cette etude presente l'application d'une methode de resolution de probleme inverse pour corriger l'influence de deux des plus importantes sources d'erreur affectant la mesure de pluie par radar : l'heterogeneite de la reflectivite avec l'altitude et l'attenuation des ondes radar par les precipitations. Pour l'heterogeneite de la reflectivite avec l'altitude, la correction des mesures radar requiert qu'un profil vertical de reflectivite (pvr) aie ete determine. On montre que l'evolution en fonction de la distance des rapports de mesures radar enregistrees a differents angles de site est une signature du pvr. L'inversion du modele liant le pvr a cette signature permet d'identifier le pvr associe a des courbes de rapports mesurees. A courte longueur d'onde, la restitution des intensites pluvieuses a partir des mesures de reflectivites radar necessite la prise en compte de l'attenuation dependant des intensites pluvieuses le long du trajet radar. Les methodes de correction d'attenuation classiques peuvent devenir instables en presence de fortes attenuations ou lorsque le radar n'est pas parfaitement calibre. L'estimation des intensites pluvieuses peut etre formulee comme un probleme inverse, cette approche permettant d'obtenir, dans la plupart des cas, une solution stable et robuste.

A ce jour il n'est toujours pas possible de prédire avec exactitude le phénomène d'érosion par cavitation. La raison principale est qu'il est difficile de caractériser l'agressivité de l'écoulement. Cette thèse propose d'utiliser une méthode inverse pour estimer l'agressivité de l'écoulement à partir de l'observation des cratères (pits) imprimées sur la surface dans les premiers instants de l'érosion de cavitation. Trois matériaux ont été testés dans la veine d'écoulement PREVERO disponible au LEGI de Grenoble dans les mêmes conditions expérimentales. La géométrie des pits laissés sur la surface est précisément mesurée à l'aide d'une méthode systématique permettant de s'affranchir de l'effet de rugosité. Supposant que chaque pit a été généré par une bulle unique dont le champ de pression est assimilé à une forme Gaussienne, des calculs par éléments finis permettent d'estimer le chargement qui a créé l'empreinte résiduelle. On montre que la distribution des chargements suit une loi universelle indépendante du matériau testé; le matériau le plus tendre (alliage d'aluminium) mesurant les plus faibles impacts tandis que le matériau le plus résistant (Acier inoxydable) donne accès aux plus grandes pressions d'impact. On en conclu que le matériau peut être utilisé comme capteur de pression mesurant le niveau d'agressivité de l'écoulement. La méthode inverse repose sur une caractérisation mécanique des matériaux prenant en compte la sensibilité de la contrainte à la vitesse de déformation. On montre que les essais de nanoindentation sont mieux adaptés que les essais de compression pour déterminer les paramètres de la loi de comportement, notamment pour l'alliage d'aluminium pour lequel la microstructure est très hétérogène. Des essais de compression à haute vitesse par barres de Hopkinson complètent la loi de comportement en donnant la sensibilité à la vitesse de déformation. Des simulations prenant en compte la dynamique du chargement montrent que des impacts de fort amplitude mais appliqués sur un temps court ne laissent pas d'empreinte résiduelle si la fréquence est plus élevée que la fréquence naturelle du matériau assimilé à un oscillateur amorti. Un mécanisme d'accumulation dynamique de la déformation plastique pouvant conduire à la rupture par fatigue est proposé. Finalement, la courbe de perte de masse est simulée en appliquant aléatoirement sur un maillage 3D, la population d'impacts estimée par la méthode inverse
Numerical prediction of cavitation erosion requires the knowledge of flow aggressiveness, both of which have been challenging issues till-date. This thesis proposes to use an inverse method to estimate the aggressiveness of the flow from the observation of the pits printed on the surface in the first moments of the cavitation erosion. Three materials were tested in the same experimental conditions in the cavitation tunnel PREVERO available LEGI Grenoble. The geometry of the pits left on the surface is precisely measured using a systematic method to overcome the roughness effect. Assuming that each pit was generated by a single bubble collapse whose pressure field is treated as a Gaussian shape, finite element calculations are run for estimating the load that created each residual imprint. It is shown that the load distribution falls on a master curve independent of the tested material; the softer material (aluminum alloy) measuring the lowest impacts while the most resistant material (duplex stainless steel) provides access to the largest impact pressures. It is concluded that the material can be used as a pressure sensor measuring the level of aggressiveness of the flow. The inverse method is based on a material characterization taking into account strain rate effects. It is shown that nanoindentation tests are more suitable than compression tests to determine the parameters of the behavior law, particularly for the aluminum alloy for which the microstructure is very heterogeneous. High-speed compression tests with split Hopkinson pressure bars complement the constitutive law giving the sensitivity to the strain rate. Simulations considering the dynamic loading show that impacts of strong amplitude but applied in a short time do not leave any residual pit if the frequency is higher than the natural frequency of the material treated as a damped oscillator. A dynamic mechanism of plastic strain accumulation that could eventually lead to fatigue failure is proposed. Finally, the mass loss curve of cavitation erosion is simulated by applying randomly on a 3D mesh, the impact force population estimated by the inverse method

Les problèmes associés au transport sédimentaire sont l'une des préoccupations majeures de notre société, tant d'un point de vue environnemental qu'économique. Nous disposons de peu d'informations sur la dynamique locale des phénomènes d'érosion et plus particulièrement pour les sédiments cohésifs. Dans cette étude, nous nous focalisons sur les phénomènes locaux agissant à l'interface eau-sédiment. Tout d'abord, un sédiment modèle transparent est réalisé en nous basant sur les propriétés rhéologiques des sédiments naturels. Pour cela, différents mélanges, à base de Laponite et de carboxyméthylcellulose, sont testés en faisant varier la concentration et le mode de fabrication. Les protocoles de mesures sont alors établis et une loi d'évolution des propriétés en fonction de la concentration en sédiment est déterminée. Puis, la qualification de la veine hydraulique de l'étude, sans présence de sédiment, est réalisée par des mesures optiques PIV. L'obtention des champs de vitesse moyens et instantanés nous a permis de calculer l'énergie cinétique turbulente ainsi que les contraintes laminaires et turbulentes agissant sur le fond. Enfin, des mesures similaires sont effectuées dans le canal en présence de sédiment pour des cas où le sédiment est entraîné ou non par les forces hydrodynamiques. L'accès à l’énergie cinétique turbulente ainsi qu'aux contraintes laminaires et turbulentes hydrodynamiques permet de comprendre les phénomènes locaux étant à l’origine de l'érosion. Les contraintes à l'interface sont comparées à celles obtenues dans le sédiment via la loi rhéologique mettant en évidence la présence d'une contrainte de cisaillement critique liée aux propriétés du sédiment
Associated problems with sediment transport are one of the major concerns of our society, as an environmental and economic perspective. Few information about local dynamics of erosion is available and especially for cohesive sediments. In this study, we focus on local phenomena acting at the water-sediment interface. First, a transparent sediment model is made based on rheological properties of natural sediments. For this purpose, different mixtures, containing Laponite and carboxymethylcellulose, are tested by varying the concentration and method of manufacture. Measurement protocols are then established and a law of variation of rheological properties as a function of the sediment concentration is determined. Then, definition of flow within the hydraulic channel of the study, without the presence of sediment, is obtained by PIV optical measurements. Average and instantaneous velocity fields allowed us to calculate the turbulent kinetic energy and the laminar and turbulent stresses acting on the bottom. Finally, similar measurements are carried out in the channel with presence of sediments in cases where the sediment is driven or not by hydrodynamic forces. Access to the turbulent kinetic energy as well as laminar and turbulent hydrodynamic stresses provides an understanding of local phenomena causing erosion. Stresses at the interface are compared with those obtained within the sediment via the rheological law highlighting the presence of a critical shear stress related to the sediment properties

La mesure en temps reel et la prevision a courte echeance des precipitations sont des preoccupations quotidiennes pour une ville comme marseille ou le risque hydrologique est eleve (regime des precipitations, forte impermeabilisation des sols, relief marque). L'experience marseille 92-93 a ete menee dans le but d'ameliorer les techniques de mesure des pluies aux echelles de temps et d'espace de l'hydrologie urbaine. Ainsi, un radar de configuration legere en bande x a ete installe a proximite de la ville pour un raffinement local de la mesure en complement du reseau de pluviographes de la ville de marseille et du radar bande s de nimes (reseau aramis de meteo france). Cet appareil, petit et moins couteux que les appareils conventionnels est cependant sensible au probleme de l'attenuation. Dans ce travail qui contribue a une meilleure definition des conditions d'utilisation de ce radar, nous avons tente de tirer le meilleur profit du signal retrodiffuse par les montagnes pour ameliorer le traitement des deux erreurs preponderantes: l'erreur d'etalonnage et l'attenuation. Ainsi, nous avons montre que, par temps sec, ce signal permet de controler la stabilite de l'etalonnage. Par temps de pluie, l'etude de la contrainte d'attenuation totale nous a permis de proposer une methode d'etalonnage absolu du radar ne dependant que des mesures de cet appareil. La comparaison des resultats de cette approche avec celle, classique, reposant sur l'utilisation des mesures pluviographiques en confirme l'interet. De plus, trois algorithmes de correction d'attenuation ont ete mis en uvre, compares et valides a l'aide de mesures pluviographiques integrees a differentes echelles spatiales et temporelles. Grace a la maitrise de la parametrisation de ces algorithmes, nous avons montre que les diverses formulations (faisant ou non un usage explicite des mesures d'attenuation totales deduites du relief) conduisent a des resultats equivalents et satisfaisants pour la gamme d'attenuation observee

La thèse pose l’hypothèse que la construction des barrages hydroélectriques pourrait être un moteur de développement harmonieux entre montagnes et plaines. L’objectif serait de relier politiques de développement des barrages hydroélectriques et politiques agricoles en fonction des stratégies individuelles et des contraintes physiques et socio-économiques. Depuis les années 2000, dans toute l’Asie du Sud-Est, de nombreux projets de grands barrages hydroélectriques sont construits ou en construction pour répondre à la forte croissance de la demande en énergie, entraînant de grandes menaces sur la gestion de l’eau et l’environnement d’une part, et imposant d’importants déplacements de population d’autre part. Dans ces régions de montagne, les processus d’érosion représentent un risque majeur à la fois pour le comblement des lacs de barrage et pour la productivité agricole. Aussi grands investisseurs, pour la durée de vie des barrages hydroélectriques, et petits exploitants, pour leurs moyens de subsistance, se retrouvent également impactés. Le défi est de reformuler la relation entre la planification et la gestion des barrages hydroélectriques, et la planification et la gestion des terres agricoles des zones amont des barrages. Même si l’accompagnement socio-économique a été très largement amélioré de la part de l’Etat vietnamien, les agriculteurs déplacés et non-déplacés sont encore largement à subir les mutations sociospatiales régionales en cours. En effet, malgré des bonnes intentions gouvernementales et internationales, le manque de concertation au niveau local et le manque de connaissance en hydro-écologie restent les contraintes majeures pour le succès de la protection environnementale et l’équité entre les populations concernées, deux conditions obligatoires à la durabilité des projets de barrages hydroélectriques. Pour conclure, il semble que le succès d’implantation d’un grand barrage hydroélectrique soit lié à la capacité des décideurs à comprendre les interactions complexes entre systèmes écologiques et systèmes socio-économiques
The thesis project assumes that the construction of hydropower dams could be a driven force for a harmonious economic development between mountains and plains. The aim would be to link policies for hydropower dam development, and policies for agriculture in mountains, within individual strategies, in relationship with physical and socio-economic constraints. Since 2000’s, throughout Southeast Asia, many projects of large hydropower dams are built or being built to meet the strong growth in demand for energy, causing great threats to water management and the environment on the one hand, and imposing important population displacement on the other hand. In these mountainous regions, the erosion process is a major risk for both the filling of reservoirs and agricultural soil productivity. Then major investors, for the lifespan of hydropower dams, and small farmers, for their livelihoods, are equally impacted. The challenge is to reformulate the relationship between planning and management of hydropower dams, and planning and management of agricultural uplands in upstream areas of dams. Although the socio-economic support has been very much improved from the Vietnamese State, displaced and non-displaced farmers are still largely undergoing regional socio-spatial changes on-going. In spite of good government and international intentions, the lack of consultation at local level and the lack of knowledge in hydro-ecology remain major constraints to the success of environmental protection and equity between the concerned populations, two mandatory conditions for sustainability of hydroelectric dam projects. In conclusion, it appears that the successful implantation of a large hydroelectric dam is related to the ability of policymakers to understand the complex interactions between ecological and socio-economic systems

Les performances de détection de défauts des contrôles non destructifs par ultrasons sur les matériaux polycristallins, peuvent être altérées par une forte atténuation du faisceau ultrasonore induite par la diffusion des ondes ultrasonores par les joints de grains. L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier les caractéristiques microstructurales influentes sur l’atténuation dans deux types de matériaux : les matériaux isotropes à gros grains – représentés ici par un alliage à base nickel et les matériaux anisotropes texturés, représentés par les soudures en acier austénitique. Une approche de modélisation par éléments finis est implémentée en couplant le code ATHENA®, avec une description de la microstructure à l’échelle des grains (GSM). Cette approche permet d’étudier la contribution de la diffusion à l’atténuation des ondes longitudinales dans ces matériaux hétérogènes, en tenant compte de leurs propriétés morphologiques, élastiques et cristallographiques. Des simulations sont effectuées en 2D et 3D pour les deux matériaux. L’atténuation par diffusion est déterminée par deux méthodes. D’une part, elle est calculée à partir de la décroissance de l’amplitude des échos de fond multiples simulés. Dans cette méthode, la contribution de la diffusion par la microstructure est isolée par comparaison avec une atténuation obtenue dans un matériau homogénéisé équivalent. D’autre part, elle est calculée par décomposition du faisceau ultrasonore transmis à travers l’échantillon en spectre angulaire d’ondes planes monochromatiques. Les résultats numériques montrent l’influence de nombreux paramètres sur l’atténuation tels que la taille de grains, la distribution des tailles de grains, l’orientation cristallographique, les joints de grains et la fréquence du capteur. Enfin, les résultats numériques sont comparés avec des données expérimentales et des prédictions théoriques obtenues par des modèles analytiques. Cette comparaison montre la capacité de l’approche GSM, notamment la simulation 3D à reproduire l’atténuation par diffusion dans les microstructures complexes de matériaux isotropes non texturés et anisotropes texturés
The flaw detection performance of ultrasonic non-destructive testing on polycrystalline materials can be impaired by a high attenuation of the ultrasonic beam induced by the scattering of ultrasonic waves through the grain boundaries. The objective of this research work is to identify the microstructural characteristics that influence attenuation in two types of materials: coarse-grained isotropic materials - represented here by a nickel-based alloy - and textured anisotropic materials, represented by austenitic steel welds. A finite element modelling approach is implemented by coupling the ATHENA® code with a description of the microstructure at grain scale (GSM). This approach makes it possible to study the contribution of scattering to the attenuation of longitudinal waves in these heterogeneous materials, taking into account their morphological, elastic and crystallographic properties. Simulations are carried out in 2D and 3D for both materials. Scattering attenuation is determined by two methods. On the one hand, it is calculated from the decay of the amplitude of multiple simulated bottom echoes. In this method, the contribution of scattering through the microstructure is isolated by comparison with an attenuation obtained in an equivalent homogenized material. On the other hand, it is calculated by decomposing the ultrasonic beam transmitted through the sample into an angular spectrum of monochromatic plane waves. The numerical results show the influence of many parameters on attenuation such as grain size, grain size distribution, crystallographic orientation, grain boundaries and sensor frequency. Finally, the numerical results are compared with experimental data and theoretical predictions obtained by analytical models. This comparison shows the capability of the GSM approach, including 3D simulation to reproduce scattering attenuation in complex microstructures of non-textured isotropic and textured anisotropic materials

La tomographie d'émission multiphotonique est une technique de contrôle non destructif appliquée au contrôle des colis de déchets radioactifs. Les rayonnements gammas émis sont détectés sur la gamme [50 keV, 2 MeV] par un germanium hyper pur, de haute résolution en énergie, ce qui permet d'établir une carte détaillée des radioéléments contenus dans le colis. A partir des différents points de mesures situés dans un plan transaxial au colis, un algorithme de reconstruction permet d'estimer la distribution de l'activité. Une modélisation algébrique du processus a été développée afin de pouvoir corriger des phénomènes perturbateurs, en particulier l'atténuation et la réponse géométrique du détecteur. L'atténuation à travers les matériaux constituant le colis est le phénomène prépondérant : elle permet une quantification précise de l'activité. Sa prise en compte est réalisée grâce à une carte d'atténuation obtenue par un tomographe de transmission. La réponse géométrique de détection, opérant un flou sur le faisceau de détection, est modélisée analytiquement. La bonne modélisation de ces phénomènes est primordiale : elle conditionne, dans une grande partie, la qualité de l'image et sa quantification. La reconstruction des images, nécessitant la résolution de systèmes matriciels creux, est réalisée par des algorithmes itératifs. Du fait du caractère "mal-posé" de la reconstruction tomographique, il est nécessaire d'utiliser une régularisation : la stabilisation des méthodes s'opère par l'introduction d'information a priori sur la solution. Le critère à minimiser choisi est celui du Maximum A Posteriori. Sa résolution est envisagée par un algorithme de régularisation semi-quadratique : il permet la préservation les discontinuités naturelles, et évite ainsi le surlissage global de l'image. Elle est évaluée sur des fantômes réels et des colis de déchets. Enfin l'échantillonnage efficace des mesures est abordé.

Les vibrations du sol induites par les activités humaines telles que, les activités industrielles, la circulation des camions et voitures, les explosions dues aux constructions ou l’exploitation de la déconstruction, atteignent souvent la limite de gêne pour les usagers et parfois la limite de nocivité. Dans les régions urbaines à forte densité et pour les bâtiments abritant des équipements sensibles, les vibrations du sol doivent être strictement contrôlées. Jusqu'à présent, de nombreuses méthodes de réduction de vibration ont été proposées, dont l'une est l'installation d'une barrière d'ondes entre les sources et les structures à protéger. Au cours des dernières décennies, l'efficacité de l'isolation des vibrations à l’aide de barrière d'ondes a été étudiée. Toutefois, il y a peu de travaux consacrés à l’influence mutuelle des paramètres du système sol-barrière sur l'efficacité de l'isolation de la barrière d'ondes, et l'optimisation de la barrière d'onde est également rare. D'autre part, l'influence des vibrations du sol, générées par les explosions durant la construction d’un nouveau tunnel, sur un tunnel avoisinant, interpelle en raison des dommages qui peuvent être produits. Jusqu'à présent, il existe peu de mesures d'atténuation globale proposées par les chercheurs et les ingénieurs concernant la réduction de vibrations dans les tunnels lors des explosions. Pour répondre à ces insuffisances, cette thèse porte sur l'étude de l'influence des différents paramètres du système sol-barrière et qualifie l'efficacité de l'isolation de la barrière d'ondes. Les paramètres clés sont identifiés, leur rôle respectif quantifié. Plus important encore, une méthode de conception d'optimisation est mise au point, dans le but de proposer la barrière qui est capable de réduire au minimum la vibration du sol en site protégé. Enfin, le comportement dynamique du tunnel existant sous les sollicitations des explosions proches est examiné. Les paramètres qui influent considérablement sur la réponse du tunnel sont mis en évidence. Deux mesures d'atténuation pratiques, concernant l'installation d'une couche de protection le long de la paroi du tunnel d’une part et des explosions à retardement (plutôt que des explosions instantanées) d’autre part, sont présentées en détails. Les recherches menées dans le cadre de cette thèse sont en mesure de fournir des éléments pour la conception optimisée de la barrière d'ondes afin de réduire les vibrations du sol en site protégé et pour la conception de mesures d'atténuation concrètes afin de protéger un tunnel existant par des explosions à proximité
Ground vibration induced by human activity such as industrial activities, car or truck traffic, or pilling and blasting in construction or deconstruction operation, generally reaches the troublesome limit for men and occasionally attains the harmful limit. In the densely populated urban regions and buildings housing sensitive equipments, ground vibration has to be strictly controlled. Up to now, many vibration reduction methods have been proposed, one of which is the installation of wave barrier between the dynamic sources and the protected structures. Over the past decades, the vibration isolation effectiveness of wave barrier has been extensively studied. However, to the best of the writer’s knowledge, there is little study about the mutual influence of the parameters of soil-barrier system on the barrier screening efficiency, and the optimization design for wave barrier is rare as well. On the other hand, the influence of ground vibration generated by explosions on the nearby existing tunnel has attracted more and more attention due to the recent damage or even failure of tunnels. Up to now, there are few mitigation measures comprehensively proposed by researchers and engineers for the tunnel vibration reduction during explosions. To overcome those drawbacks, this dissertation focuses on the investigation of the influence of various parameters of soil-barrier system on the barrier isolation efficiency. Key parameters are identified. More importantly, an optimization design method is developed, aiming to find out the desirable barrier that is able to minimize the ground vibration in protected site. Besides, the dynamic behavior of existing tunnel under nearby explosions is examined. Parameters that significantly affect the response of tunnel are pointed out. Furthermore, two practical mitigation measures: the installation of a protective layer along the tunnel lining and time-delayed explosions (rather than instantaneous explosions), are presented with details. The research in this dissertation is able to provide a good reference for the optimization design of wave barrier in reducing ground vibration in protected site and for the design of practical mitigation measures to protect existing tunnel from nearby explosions