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Modélisation du transfert de métaux lourds dans les sols saturés (modèle fractionnaire hydrogéochimique)

/ Dawood Ihssan / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 2007
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Beaucoup d'études ont montré que l'équation d'advection-dispersion classique ne permet pas de simuler correctement le transport de solutés dans les sols hétérogènes, ni de prendre en considération la spéciation des solutés dans les systèmes géochimiques que constituent les sols. Dans ce travail. un modèle fractionnaire hydrogéochimique a été proposé pour simuler le transport et la spéciation des métaux lourds dans la zone non saturée des sols, que ce soit en régime permanent ou transitoire. Ce modèle a été proposé pour remédier aux limitations du modèle classique d'advection dispersion. En régime permanent, la solution analytique de l'équation fractionnaire d'advection- dispersion a été couplée sous MATLAB au modèle de réactions géochimiques, et ce nouveau modèle a été validé à l'aide de résultats expérimentaux. En régime non permanent, une nouvelle solution numérique de l'équation fractionnaire d'advection-dispersion est proposée, et couplée avec un modèle d'écoulement et un modèle géochimique. Le modèle résultant, programmé sous MATLAB, a été testé en le comparant à des simulations obtenues avec les codes HYDRUS-1D et HP1. Les résultats de validation ont montré que le nouveau modèle fractionnaire reproduit bien le transfert de solutés dans la zone non saturée des sols et qu'il est capable de donner plus de détails sur les espèces chimiques présentes dans le sol, sur leur migration et leur interaction. Le nouveau modèle a été utilisé pour étudier le transfert de zinc dans la région de Kempen (à la frontière entre la Belgique et les Pays Bas). Il s'agit d'un site fortement pollué par les métaux lourds rejetés par les fonderies de zinc existant dans la région. Une étude paramétrique a été conduite pour déterminer la sensibilité du modèle à une variation de ses paramètres hydrologiques ou géochimiques. La conductivité hydraulique du sol (Ks), la teneur en eau à saturation ([théta]s) et la teneur en eau initiale du sol ([théta]ini) sont les paramètres les plus influents pour le modèle d'écoulement d'eau. Le modèle fractionnaire de transport de soluté est sensible à la variation de l'ordre fractionnaire de dérivation (a) et à celle du coefficient de dispersion (D). Le pH est le facteur déterminant pour le modèle géochimique, suivi par la concentration en SO4²- et en CO3²-. L'effet des cations Al³+, Mn²+ et Fe²+ n'est pas significatif.
Mot(s) clés libre(s) : Équations d'advection-dispersion, Systèmes -- Identification -- Modèles d'ordre non entier -- Thèses et écrits académiques, Géochimie -- Modèles mathématiques -- Thèses et écrits acdémiques, Sols -- Transfert des solutés -- Modèles mathématiques, Zinc -- Spéciation, Métaux lourds -- Spéciation, Métaux lourds -- Migration, Sols insaturés, 627.55

Analyse numérique du comportement sismique ds barrages en terre : influence de la plasticité et de la pression d'eau

/ Parish Yousef / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 2007
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La thèse porte sur l'analyse de l'influence de la plasticité et de la pression d'eau sur la réponse sismique des barrages en terre. Les analyses sont effectuées en utilisant le logiciel FLAC 3D. Le travail comporte trois chapitres: Le premier chapitre présente une analyse bibliographique sur les recherches menées sur des barrages de la terre. Il présente d'abord une analyse des observations réalisées lors des de tremblements de terre. Ensuite, il donne une synthèse des différentes méthodes d'analyse sismique des barrages en terre. Le deuxième chapitre présente une analyse numérique du comportement sismique des barrages en terre. L'analyse est conduite pour la phase solide. L'analyse est d'abord conduite pour un cas simple qui concerne la réponse élastique du barrage. La deuxième partie du chapitre concerne une analyse plus réaliste du barrage, où le comportement élastoplastique du sol est considéré. Cette analyse est conduite en utilisant le critère non associé de Mohr-Coulomb. Le troisième chapitre présente une analyse numérique de l'influence de l'interaction eau-squelette sur la réponse sismique des barrages en terre. L'analyse est conduite d'abord sous condition non drainée, qui correspond à une analyse simplifiée de la réponse du barrage. Cette analyse ne fournit pas la variation de la pression d'eau; elle constitue une première étape de l'analyse de la réponse sismique du barrage en contraintes totales. Par la suite une analyse couplée est conduite en contraintes effectives en utilisant le critère non associé de Mohr-Coulomb. Cette analyse fournit la variation de la pression d'eau. Elle permet d'étudier l'influence de la phase de l'eau sur la réponse de barrage à un chargement sismique réel. Cette analyse est d'abord conduite pour un cas de référence, qui est suivi d'une comparaison des analyses drainée et non drainée.
Mot(s) clés libre(s) : Barrages en terre -- Plasticité -- Thèses et écrits académiques, Barrages -- Effets des séismes -- Thèses et écrits académiques, Modélisation tridimensionnelle -- Logiciels, Génie parasismique, Interaction fluide-structure, Pression hydrostatique, Sismogrammes, 627.83

Influence de l’interaction sol-structure sur le comportement sismique des bâtiments : analyse dans les domaines linéaire et non linéaire

/ Khalil Louay / Lille 1 / 03-12-2009
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Le présent travail comporte une analyse de l’influence de l’interaction sol-fondation-structure sur le comportement sismique des structures de type bâtiment. L’étude est réalisée en utilisant une modélisation tridimensionnelle par différences finies intégrant dans la même analyse les différentes composantes du système, à savoir le sol, la fondation et la structure. Le travail est présenté en trois chapitres.Le premier chapitre comporte une étude de l’influence de l’interaction sol-fondation-structure sur la fréquence fondamentale des structures de type bâtiment. Le sol et la fondation sont modélisés à l’aide des éléments ressorts. L’analyse montre que l’interaction sol-structure peut réduire d’une manière très importante la première fréquence des structures de type bâtiment. Un abaque est proposé pour une prise en compte aisée de cette interaction dans l’évaluation de la première fréquence des bâtiments.Dans le second chapitre, on présente une étude tridimensionnelle de l’interaction sol-structure. Le comportement du sol est supposé élastique. L’analyse montre que la réponse de la structure dépend sensiblement de l’interaction complexe entre le sol et la structure, qui fait intervenir plusieurs paramètres, notamment le contenu fréquentiel du chargement, les fréquences propres du massif du sol et de la structure. Elle montre également que le comportement non linéaire du sol rend l’analyse plus complexe à cause de l’apparition de multiples fréquences dans le massif de sol. Le troisième chapitre est consacré à l’étude de l’influence du comportement non linaire du sol et de la structure sur l’interaction sol-fondation-structure. Cette étude montre que la plasticité du sol et des éléments de la structure peut avoir une forte influence sur la réponse sismique de la structure.
Mot(s) clés libre(s) : Interaction sol-structure, Fondations (construction), Constructions -- Dynamique, Modélisation tridimensionnelle, Élastoplasticité, Élasticité non linéaire, Fréquences des oscillations, Différences finies, Chargement sismique, Fréquence fondamentale

Modèle numérique équivalent pour les propriétés hydro-mécaniques des roches fracturées

/ He Ji / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Wuhan University / 13-04-2010
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Le travail de thèse concerne le développement d'un modèle numérique pour la détermination des propriétés hydromécaniques équivalentes pour les roches fracturées. Le rapport de thèse est organisé en 7 chapitres. Le premier chapitre décrit les objectifs de la thèse et présente brièvement une synthèse des travaux réalisés sur les roches fracturées. L'accent est mis sur l'Élément Composite et la détermination des propriétés hydrauliques et mécaniques équivalentes des roches fracturées. Le second chapitre présente les outils utilisés dans le travail de thèse, à savoir la méthode des éléments finis, l'Elément Composite, le couplage écoulement/contraintes, le Réseau de Neurones Artificiels et la méthode de Monte-Carlo. Le troisième chapitre présente le concept de la méthode numérique proposée pour obtenir les propriétés hydrauliques équivalentes des roches fracturées. Elle décrit aussi les données nécessaires à ('application de cette méthode, à savoir celles sur les fractures dominantes. Les chapitres 4 et 5 présentent la détermination des propriétés hydrauliques et mécaniques équivalentes des roches sans prendre en compte le couplage contraintes/écoulement. Le 6ème chapitre présente la détermination des propriétés hydrauliques équivalentes en considérant le couplage contraintes/écoulement. Ce chapitre comporte également la construction d'une base de données sur l'influence du couplage contraintes/perméabilité sur les propriétés hydrauliques équivalentes. Le dernier chapitre décrit un procédé basé sur une combinaison des approches implicite et explicite pour l'analyse d'un barrage poids. Les données de la méthode implicite sont déterminées en utilisant la méthode numérique proposée dans ce travail.
Mot(s) clés libre(s) : Roches -- Fracturation, Éléments finis, Méthode des, Réseaux neuronaux (informatique), Inversion (géophysique), Barrages, Méthode élément composite, Couplage contraintes/écoulement, Barrage poids, Massif rocheux

Élément compo(s)ite pour un couplage écoulement/contrainte dans les roches fracturées

/ Xue Luanluan / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-04-2010
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Le travail de thèse porte sur l'analyse du couplage écoulement – contrainte dans les roches fracturées et son application aux barrages. Le rapport de thèse est composé de 5 chapitres. Le premier chapitre présente une synthèse des travaux réalisés sur les roches fracturées et plus particulièrement sur le couplage écoulement – contrainte. L’accent est mis sur la modélisation numérique. Le second chapitre concerne la formulation de l’Élément Composite pour les roches fracturées. Il présente cet élément pour le problème mécanique ensuite pour le problème d’écoulement. Le 3ème chapitre présente l’extension de l’élément composite aux roches fracturées en prenant en compte le couplage contrainte – écoulement. Après une présentation de la formulation mathématique, on décrit l’introduction de cet élément dans un code de calcul. Le chapitre décrit aussi le fonctionnement de cet élément pour une fracture soumise à une contrainte normale puis à un cisaillement. Le 4ème chapitre traite de l’application de l’élément composite aux masses de roches fracturées contenant des drains. La performance de l’élément composite pour ce type d’applications est montrée à travers sa confrontation à la méthode des éléments finis classique. Le dernier chapitre présente l'application de l'élément composite à l'analyse du barrage de Xiaowan ayant un système de fondation complexe. La fondation contient trois ensembles de fractures et des drains. Cet exemple montre les performances de l'élément composite pour l'analyse des projets à géométrie complexe contenant des fractures.
Mot(s) clés libre(s) : Roches -- Fracturation, Éléments finis, Méthode des, Tuyaux d'eau -- Hydrodynamique, Cisaillement (mécanique), Barrages, Méthode élément composite, Couplage contraintes/écoulement, Massif rocheux, Barrage voûte

Analyse des vibrations induites par le trafic routier et étude de l’efficacité des systèmes de réduction de ces vibrations

/ Mhanna Mohannad / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 26-11-2012
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Les vibrations induites par le trafic routier, en particulier les bus et les véhicules lourds, constituent une préoccupation majeure en zone urbaine. L’étude des vibrations routières est complexe, car elle exige de prendre en compte plusieurs aspects tels que : la modélisation du véhicule, l’interaction entre le véhicule et la chaussée et la propagation des ondes en champs libres ou dans une structure avoisinantes. Le présent travail a pour but d’étudier les vibrations induites par la circulation en vue d’estimer leurs impacts sur l’environnement. L’étude est effectuée par une modélisation numérique tridimensionnelle en différences finies. Le modèle proposé prend en compte les caractéristiques mécaniques du véhicule, l’interaction entre le véhicule et les différents types de chaussées et la vitesse du véhicule. Ce modèle est validé sur des mesures in situ. En plus, on présente des mesures effectuées en coopération avec CETE-NORD PICARDIE sur une méthode d’isolation. L’efficacité de plusieurs dispositifs d’isolation généralement étudiés dans la littérature est analysée. Ces dispositifs comportent : les tranchées, les blocs en surface et les blocs enterrés (WIBs).
Mot(s) clés libre(s) : Chaussées -- Charges dynamiques, Camions, Amortissement (mécanique), Circulation urbaine, Ondes -- Propagation, Gabions (travaux publics), Modélisation tridimensionnelle, Différences finies, Trafic en champs libre, 625.732

Analysis of the water consumption of the Scientific Campus : to step for the construction of a pilot of a Smart Water system

/ Suleman Taghreed / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 21-10-2013
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Ce travail fait partie d'un grand projet pour la mise en œuvre d'un réseau urbain intelligent sur le Campus de la Cité Scientifique qui est équivalent à une petite ville d'environ 25000 habitants. Le réseau intelligent comprend (i) la mise en œuvre d’une instrumentation pour le suivi en temps réel et le contrôle du réseau de distribution d'eau et (ii) le développement d'un système expert basé sur l'expérience développée par l'industrie de l'eau ainsi que sur des recherches fondamentales et appliquées pour la gestion optimale des systèmes complexes. L'un des enjeux majeurs de ce système concerne la gestion de la demande en eau. Ce travail a porté sur cette question. Il comporte une synthèse bibliographique et l'analyse de la consommation d'eau du Campus Scientifique. Le travail est organisé en trois parties. La première partie présente une analyse bibliographique des recherches sur la demande d'eau, la localisation des fuites d’eau et le développement des réseaux intelligents dans le secteur de l’eau. Des études de cas sont présentées pour illustrer l'application des innovations dans des projets réels. La deuxième partie concerne la présentation du site du Campus, qui est utilisé dans ce travail de recherche. Ce site présente plusieurs avantages pour l'analyse de la demande en eau. Les bâtiments ont des usages variés: résidence, restauration, sport, administration, recherche, enseignement et enseignement / recherche. Le site est également équipé d'un système de télérelève (AMR). Les données de consommation sont disponibles pour les principaux bâtiments à différentes échelles de temps. La dernière partie présente une analyse de la consommation d'eau des principaux secteurs du campus, qui couvrent les différents usages des bâtiments. L'analyse est menée à différentes échelles de temps: mensuelle, hebdomadaire, journalière et horaire. Il débouche sur l'établissement de profils de consommation des principaux bâtiments, qui seront ensuite intégrés dans le système intelligent de gestion de l’eau.
Mot(s) clés libre(s) : Eau -- Distribution, Eau -- Consommation, Eau -- Utilisation, Temps réel (informatique), Séries chronologiques, Réseaux intelligents, 628.1

Seismic evaluation of tall building structures using nonlinear static procedures

/ Atik Malik / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 10-12-2013
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L’analyse dynamique non linéaire constitue la méthode la plus efficace pour l'évaluation de la réponse non linéaire des structures soumises à de fortes sollicitations sismiques. Compte tenu de la complexité associée à l'analyse non linéaire temporelle, l'utilisation de l'analyse statique équivalente «Push-over » constitue une alternative simple et efficace à l'analyse dynamique temporelle. Cette thèse développe une méthode statique non linéaire innovante pour évaluer le comportement sismique des immeubles de grande hauteur. Dans la première partie, le modèle "continuum" qui est un outil simple et efficace de l'analyse des immeubles de grande hauteur à contreventement mixte est revisité. L'influence de la précision de calcul dans la détermination de la hauteur optimale d'interruption des voiles est examinée tout en analysant la relation entre la hauteur optimale et les sollicitations induites. La deuxième partie propose une nouvelle procédure Push-over adaptative à exécution unique pour l'évaluation sismique des structures. Cette méthode possède deux avantages principaux : elle représente un outil pratique intégrant l’effet des modes supérieurs avec une interaction complète entre eux. D'un autre côté, elle permet d'éviter les critiques relatives aux analyses adaptatives à exécution unique. La troisième partie présente une méthode innovante permettant la détermination du point de fonctionnement des immeubles de grande hauteur. Le principe des méthodes adaptatives Push-over à exécution unique est intégré à la méthode du spectre de capacité proposé par le règlement ATC -40 dont l'application est limitée aux structures oscillant au mode fondamental.
Mot(s) clés libre(s) : Immeubles de grande hauteur, Risques sismiques, Constructions -- Dynamique, Systèmes non linéaires, Coques (ingénierie), Portiques, Analyse sismique non linéaire, Charges dynamiques, 624.176 2

Modalités et processus de la contamination des eaux souterraines : application à la présence du sélénium dans la nappe de la craie (Nord de la France)

/ Benabderraziq Hind / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 30-04-2014
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Dans le Nord de la France, les eaux de la nappe de la craie sénoturonienne situées au sud de Lille (Emmerin, Houplin-Ancoisne, les Ansereuilles et Salomé) sont confrontées à l'augmentation du sélénium dépassant la limite de potabilité (10 μg.L-1) avec une variabilité spatiale et locale qui atteint parfois 60 μg.L-1. Les différents niveaux lithologiques, à l'exception de la craie sénonienne, contiennent du sélénium naturel. Les valeurs maximales mesurées se singularisent dans les niveaux argileux de l'Yprésien (4.87 mg/kg), les argiles alluvionnaires (4.8 mg/kg) et les sédiments des cours d'eau avec une part importante d'origine anthropique (entre 2.1 à 15.8 mg/kg). Le sélénium a une grande affinité à la matière organique. Parmi ses phases porteuses, la fraction soluble/échangeable est la fraction de sélénium la plus mobile. Les isotopes du strontium couplés avec Ca/Sr et Mg/Sr ainsi que les rapports isotopiques de strontium 87Sr/86 Sr ont été utilisés pour identifier les principales masses d'eau souterraines et leurs mélanges. Les conditions du milieu oxydantes ou réductrices sont contrôlées par les variations du niveau piézométrique qui est sous influence des variations inter-annuelles et saisonnières de la nappe et les pompages. Néanmoins, chaque champ captant se distingue par ses conditions géologiques et hydro-géochimiques. La mobilisation du sélénium peut se faire par le biais des eaux d'infiltration (par le haut), les fluctuations de la nappe (par le bas), les transferts latéraux (interconnexions entre forages par effet des gradients hydrauliques) et les mélanges des eaux provenant des secteurs avoisinants.
Mot(s) clés libre(s) : Eaux souterraines -- Pollution, Strontium, Extraction (chimie), Alluvions, Sélénium, Géochimie, Nappe de la craie, 628.16

Conception des chaussées en béton bitumineux sous l’effet des conditions climatiques : application au phénomène du gel

/ Aldalati Rami / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 26-05-2014
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Les chaussées à revêtement souple en béton bitumineux sont largement utilisées dans la construction routière. La conception de ces chaussées doit prendre en compte le comportement des matériaux utilisés, le chargement du trafic et les conditions climatiques. Dans les zones soumises au phénomène de gel, il est primordial de prendre en compte ce phénomène dans la conception des chaussées, leur maintenance et réhabilitation. En effet, ce phénomène peut causer de graves dommages aux chaussées, qui apparaissaient sous forme de fissures ou de déformations excessives. Le présent travail a pour but d’étudier le comportement des chaussées en béton bitumineux sous l’effet couplé du gel et du trafic : Le premier chapitre comporte une synthèse bibliographique des travaux réalisés sur le phénomène du gel-dégel dans les chaussées. Le second chapitre est consacré à la modélisation numérique du phénomène du gel dans les sols traités comme un milieu poreux tri-phasique. Il présente la formulation mathématique de ce problème couplé et sa résolution numérique à l’aide d’une modélisation par différences finies. Le dernier chapitre présente une analyse par éléments finis de la réponse mécanique d’une chaussée au phénomène du gel et du chargement du trafic. L’analyse est menée à l’aide d’une approche simplifiée qui comprend deux étapes: 1) elle consiste à résoudre le problème du gel à l’aide d’une modélisation par différences finies. 2) elle consiste dans la résolution, à l’aide de la méthode des éléments finis, d’un problème mécanique en prenant en compte les chargements d’origine mécanique et le champ de température déterminé d’après l’approche présentée dans le second chapitre.
Mot(s) clés libre(s) : Béton asphaltique, Chaussées -- Dégâts causés par le gel, Chaussées -- Charges dynamiques, Éléments finis, Méthodes des, Béton bitumineux, 625.85

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