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A novel traveltime tomography approach has been developed to invert both velocity and anisotropy restricted to 2D geometry. The fundamental equation whose solution gives us the first-arrival traveltimes between a source and a receiver is the Eikonal equation, which becomes more complex when anisotropy is considered. In order to solve the Eikonal, an Eulerian formulation based on element-discretization discontinuous Galerkin method is adopted. The use of a direct solver allows us to obtain the total solution of the Eikonal, this includes diffraction events that may occur in the presence of large-velocity contrasts, while the widely used ray solution does not include these events. For the inverse part, an iterative local gradient-based optimization is chosen, where a least-square misfit function between picked and synthetic traveltimes need to be minimized. Contrary to other tomography approaches that usually compute the expensive sensitivity matrix, we avoid this computation by using the adjoint-state method. The adjoint formulation allows us to obtain the gradient efficiently by solving a transport equation that propagates the residuals from receivers to each source location, thus describing the sensitivity of the data to the model. We have developed a workflow that includes model regularization and data-weight matrix. Anisotropy is obtained under the elliptical assumption, thus two parameters are inverted simultaneously with an optimal parametrization that includes vertical and horizontal velocities, this choice being driven by a sensitivity analysis and synthetic examples. The code was used for active seismic and electromagnetic data acquired in carbonates both at the field and laboratory scale with different acquisition configurations. A first example concerns crosshole GPR acquisitions performed at the field scale within the Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (LSBB) facilities, where the presence of a deep gallery makes the inversion challenging. In this weak anisotropy environment, the results are confronted to full wave inversion results and to geological data. At the laboratory scale, a multi-physics acquisition including seismic and GPR data was tested on a cubic rock sample. It underlines some issues related to the size of the sources/receivers compared to the dimension of the sample, which must be tackled before considering any inversion. Then, the datasets are inverted and velocity/anisotropy images are obtained and discussed in terms of heterogeneity and potential localized fractures.; Une nouvelle approche de tomographie des temps de parcours des ondes a été développée pour inverser à la fois la vitesse et l'anisotropie, ceci dans une géométrie 2D. L'équation fondamentale dont la solution nous donne les temps de parcours de première arrivée entre une source et un récepteur est l'équation d'Eikonal, qui devient plus complexe lorsque l'anisotropie est considérée. Afin de résoudre cette équation, une formulation eulérienne basée sur la méthode de discrétisation par éléments dite de Galerkin-discontinus est adoptée. L'utilisation d'un solveur direct nous permet d'obtenir la solution totale de l'Eikonal, ce qui inclut les événements de diffraction qui peuvent se produire en présence de contrastes de vitesse importants, alors que la solution classique de rayon n'inclut pas ces événements. Pour la partie inverse, une optimisation locale itérative basée sur le gradient est choisie, où une fonction par moindres carrés, qui compare les temps de parcours mesurés et synthétiques, doit être minimisée. Contrairement à d'autres approches de tomographie qui calculent généralement la coûteuse matrice de sensibilité, nous évitons ce calcul en utilisant la méthode de l'état adjoint. La formulation adjointe nous permet d'obtenir efficacement le gradient en résolvant une équation de transport qui propage les résidus des récepteurs à chaque emplacement de la source, décrivant ainsi la sensibilité des données au modèle. Nous avons développé un algorithme qui inclut la régularisation du modèle et une matrice de pondération des données. L'anisotropie est obtenue sous l'hypothèse elliptique : seuls deux paramètres sont inversés simultanément avec une paramétrisation optimale qui inclut les vitesses verticale et horizontale, ce choix étant conduit par une analyse de sensibilité et des exemples synthétiques. Le code a été utilisé pour des données sismiques et électromagnétiques actives acquises dans les carbonates à la fois sur le terrain et à l'échelle du laboratoire avec différentes configurations d'acquisition. Un premier exemple concerne des acquisitions GPR entre forages réalisées à l'échelle du terrain au sein des installations du Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (LSBB), où la présence d'une galerie profonde rend l'inversion difficile. Dans cet environnement à faible anisotropie, les résultats sont confrontés aux résultats de l'inversion des champs d’ondes complets et aux données géologiques. A l'échelle du laboratoire, une acquisition multi-physique incluant des données sismiques et GPR a été testée sur un échantillon de roche cubique. Cela met en évidence certains problèmes liés à la taille des sources/récepteurs par rapport à la dimension de l'échantillon, qui doivent être corrigés avant de considérer toute inversion. Dans un second temps, les jeux de donnée sont inversés et des images de vitesse/anisotropie sont obtenues et discutées en termes d'hétérogénéité et de fractures localisées potentielles.

International audience

The railway network is composed of infrastructure components, in which masonry bridges are among the oldest and most numerous. These are aged and suffer from steadily increasing traffic and loadings. In addition, natural hazards, such as seismic hazards, represent important risk factors for rail transport and users.In order to build effective and coherent risk management policies, it is necessary to understand the behavior and degradation of running bond masonry bridges under natural hazards loadings.The modeling of masonry bridges first requires a material model to represent running bond masonry under complex cyclic loadings. It is based on orthotropic elastic relationships and a damage model decomposed on three orthogonal planes, coupled with internal sliding.Then a methodology and tools for modeling masonry bridges are presented. After, computation strategies for masonry bridges under different natural hazards loadings, overall under seismic ones, are determined. A first development shows the application of modal-based computation to determine the behavior and degradation of running bond masonry bridges under seismic loadings. A simple oscillator model is formulated in order to represent the behavior of a masonry bridge under modal loadings. A second development shows how other natural hazards loadings can be considered.Finally, the computation of fragility is explained, which illustrates potential engineering use.; Le réseau ferré français est constitué de composants d'infrastructures, dont les ponts en maçonnerie assisée, qui sont parmi les plus anciens et les plus nombreux. Ces derniers sont vieillissants et subissent une évolution constante du trafic et des charges ferroviaires. De plus, les aléas naturels, comme les aléas sismiques, s'avèrent être des facteurs importants de risque pour les circulations ferroviaires et les usagers.Dans le but de construire des politiques de gestion des risques efficaces et cohérentes, il est nécessaire de comprendre et de modéliser le comportement et la dégradation des ponts en maçonnerie assisée sous sollicitations d'aléas naturels.La modélisation de ponts en maçonnerie assisée demande d'abord la formulation d'une loi de comportement représentant la maçonnerie assisée sous sollicitations cycliques complexes. Elle se base une élasticité orthotrope et un endommagement décomposé en trois plans orthogonaux, couplés à un frottement interne.Ensuite une méthodologie et des outils de modélisation des ponts en maçonnerie sont proposés. Après, des stratégies de calcul sous sollicitations d'aléas naturels sont présentées. Un premier développement montre l'application de calculs sur base modale pour déterminer le comportement et la dégradation de ponts en maçonnerie sous chargements sismiques.Pour cela, un modèle d'oscillateur simple représentant le comportement d'un pont en maçonnerie sous sollicitation modale est formulé. Un second développement montre comment d'autres sollicitations d'aléas naturels peuvent être considérées.Enfin, le calcul des fragilités est expliqué, illustrant ainsi les potentielles utilisations, pour l'ingénierie, de ces travaux.

The railway network is composed of infrastructure components, in which masonry bridges are among the oldest and most numerous. These are aged and suffer from steadily increasing traffic and loadings. In addition, natural hazards, such as seismic hazards, represent important risk factors for rail transport and users.In order to build effective and coherent risk management policies, it is necessary to understand the behavior and degradation of running bond masonry bridges under natural hazards loadings.The modeling of masonry bridges first requires a material model to represent running bond masonry under complex cyclic loadings. It is based on orthotropic elastic relationships and a damage model decomposed on three orthogonal planes, coupled with internal sliding.Then a methodology and tools for modeling masonry bridges are presented. After, computation strategies for masonry bridges under different natural hazards loadings, overall under seismic ones, are determined. A first development shows the application of modal-based computation to determine the behavior and degradation of running bond masonry bridges under seismic loadings. A simple oscillator model is formulated in order to represent the behavior of a masonry bridge under modal loadings. A second development shows how other natural hazards loadings can be considered.Finally, the computation of fragility is explained, which illustrates potential engineering use.; Le réseau ferré français est constitué de composants d'infrastructures, dont les ponts en maçonnerie assisée, qui sont parmi les plus anciens et les plus nombreux. Ces derniers sont vieillissants et subissent une évolution constante du trafic et des charges ferroviaires. De plus, les aléas naturels, comme les aléas sismiques, s'avèrent être des facteurs importants de risque pour les circulations ferroviaires et les usagers.Dans le but de construire des politiques de gestion des risques efficaces et cohérentes, il est nécessaire de comprendre et de modéliser le comportement et la dégradation des ponts en maçonnerie assisée sous sollicitations d'aléas naturels.La modélisation de ponts en maçonnerie assisée demande d'abord la formulation d'une loi de comportement représentant la maçonnerie assisée sous sollicitations cycliques complexes. Elle se base une élasticité orthotrope et un endommagement décomposé en trois plans orthogonaux, couplés à un frottement interne.Ensuite une méthodologie et des outils de modélisation des ponts en maçonnerie sont proposés. Après, des stratégies de calcul sous sollicitations d'aléas naturels sont présentées. Un premier développement montre l'application de calculs sur base modale pour déterminer le comportement et la dégradation de ponts en maçonnerie sous chargements sismiques.Pour cela, un modèle d'oscillateur simple représentant le comportement d'un pont en maçonnerie sous sollicitation modale est formulé. Un second développement montre comment d'autres sollicitations d'aléas naturels peuvent être considérées.Enfin, le calcul des fragilités est expliqué, illustrant ainsi les potentielles utilisations, pour l'ingénierie, de ces travaux.

Liquefaction is one of the most devastating instabilities in saturated granular materials and is the major cause of damage to the ground and earth structures during earthquakes. Field observations of liquefactioncase histories triggered by strong earthquakes evidence the development of large deformations and strength loss due to the pore water pressure build-up for a broad range of saturated soils. Earlier experimental attempts to study the liquefaction phenomenon of soils date back to the 1960's, nevertheless, soil liquefaction is still one of the most difficult phenomenon to assess, as it is strongly acted by different factors, such as relative density, confining pressure, fine content, overconsolidation, stress or strain amplitude and loading path. Hence, predicting the occurrence of liquefaction of soils is a critical aspect of geotechnical earthquake engineering practice. The goal of this research is to identify factors affecting liquefaction resistance of silty-sands and investigate their influence on liquefaction susceptibility. To this purpose, in the first part of the work, the behavior of loose, medium and dense silty-sands is analyzed through experimental tests, including monotonic and cyclic consolidated undrained triaxial tests, as well as resonant column tests, using different fine contents and confining pressures. The results show that the behavior of mixtures strongly depends on the packing configuration of coarse and fine particles. The experimental results are analyzed in terms of equivalent intergranular void ratio, which is identifed in the literature as an adequate state parameter to characterize the global effect of fine particles. However, the estimation of the equivalent intergranular void ratio requires the determination of the active fine fraction b participating in the force transfer. An original formula is proposed for the b parameter based on packing configuration, thereby allowing a satisfactory prediction of liquefaction triggering in sand-nes mixtures independently from the fine content. In the second part, the set of laboratory test results are used to calibrate the 3D Iwan-Iai constitutive model for saturated sands, whose main advantage is its small number of geotechnical parameters commonly measured. A parametric study is performed to investigate the effects of the aforementioned factors known to affect liquefaction susceptibility and resistance of silty-sands. The correlation of liquefaction parameters with the relative density, fine content and confining pressure is proposed.In the last part of this work, the model parameters obtained by numerical calibration are used in a nite element model, simulating the vertical wave propagation in layered soil profiles, in order to investigate the influence of liquefaction parameters on the seismic response. Then, a dataset of 300 one-dimensional soil proles are generated through a Monte Carlo method to investigate the reliability and the limit of using the average shear wave velocity in the upper 30 m of the soil profile, as single proxy, to characterize seismic site effects for weak and strong events. Correlations between site-specific amplification factors deduced using the numerical response spectra and other proposed site proxies are analyzed for period ranges and compared to those proposed by dirent international and national design codes. The results, obtained under assumption of linear and nonlinear behavior of soil, emphasize the need to introduce complementary site parameters proxies to characterize the expected site effects in design response spectra., Le phénomène de liquéfaction est l'une des instabilités les plus dévastatrices des massif sableux saturés et constitue la principale cause de dégâts au sol et aux structures lors des tremblements de terre. Les observations sur le terrain des cas historiques de rupture par liquéfaction déclenchés par de forts tremblements de terre montrent le développement de grandes déformations et la perte de résistance due à l'augmentation de la pression de l'eau interstitielle pour une large gamme de sols saturés. Les premières travaux qui ont permis de mettre en évidence le phénomène de liquéfaction au laboratoire remontentaux années 1960, mais la liquéfaction des sols reste néanmoins l'un des phénomènes les plus diffciles à évaluer, car elle est fortement influencée par différents facteurs, tels que la densité relative, la pression de confinement, la teneur en fines, l'amplitude des contraintes ou des déformations et le chemin de chargement. Par conséquent, la prévision de l'occurrence de la liquéfaction des sols est un aspect essentiel de l'ingénierie géotechnique parasismique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les facteurs affectant la résistance à la liquéfaction des sables silteux et d'étudier leur influence sur la susceptibilité à la liquéfaction. À cette fin, dans la première partie du travail, le comportement des sables limoneux lâches, moyens et denses est analysé par des essais au laboratoire, qui comprennent des essais triaxiaux non drainésmonotones et cycliques, ainsi que des essais à la colonne résonante, en utilisant différents teneur en fines et pressions de confinement. Les résultats montrent que le comportement des mélanges dépend fortement des caractéristiques des particules grossières et fines. Les résultats expérimentaux sont analysés en termes d'indice des vides intergranulaire équivalent, qui est identifié dans la littérature comme un paramètre d'état adéquat pour caractériser l'effet global des particules fines. Cependant, l'estimation de l'indice des vides intergranulaire équivalent nécessite la détermination de la fraction fine active b participant au transfert de force. Une formule originale est proposée pour le paramètre b, basée sur l'arrangement des particules, permettant ainsi une prédiction satisfaisante du déclenchement de la liquéfaction dans les mélangessable-fines indépendamment de la teneur en fines. Dans la deuxième partie, l'ensemble des résultats des essais de laboratoire est utilisé pour calibrer le modèle constitutif 3D d'Iwan-Iai pour les sablessaturés, dont le principal avantage est le nombre limité de paramètres géotechniques couramment mesurés. Une étude paramétrique est réalisée pour étudier les effets des différents facteurs sur la résistance à la liquéfaction des sables limoneux. La corrélation des paramètres de liquéfaction avec la densité relative, la teneur en fines et la pression de confinement est proposée. Dans la dernière partie de ce travail, les paramètres du modèle obtenus par calibration numérique sont utilisés dans un modèle éléments finis simulant la propagation verticale des ondes dans des profils de sol stratifiés afin d'étudier l'influence de ces paramètres dans la réponse sismique. Ensuite, une base de données de 300 profils de sol est générée par la méthode de Monte Carlo afin d'étudier la fiabilité et la limite de l'utilisation de la vitesse moyennedes ondes de cisaillement dans les 30 m supérieurs du profil de sol, en tant que paramètre unique, pour caractériser les effets de site. Des corrélations entre les facteurs d'amplification et les paramètres de site sont analysées pour différentes gammes de périodes et comparées à celles proposées par différents codes de conception internationaux et nationaux. Les résultats, obtenus dans l'hypothèse de comportement linéaire et non linéaire du sol, soulignent la nécessité d'introduire des paramètres de site complémentaires pour mieux caractériser les effets de site dans les spectres de réponse de conception.

Le phénomène de liquéfaction est l'une des instabilités les plus dévastatrices des massif sableux saturés et constitue la principale cause de dégâts au sol et aux structures lors des tremblements de terre. Les observations sur le terrain des cas historiques de rupture par liquéfaction déclenchés par de forts tremblements de terre montrent le développement de grandes déformations et la perte de résistance due à l'augmentation de la pression de l'eau interstitielle pour une large gamme de sols saturés. Les premières travaux qui ont permis de mettre en évidence le phénomène de liquéfaction au laboratoire remontent aux années 1960, mais la liquéfaction des sols reste néanmoins l'un des phénomènes les plus diffciles à évaluer, car elle est fortement influencée par différents facteurs, tels que la densité relative, la pression de confinement, la teneur en fines, l'amplitude des contraintes ou des déformations et le chemin de chargement. Par conséquent, la prévision de l'occurrence de la liquéfaction des sols est un aspect essentiel de l'ingénierie géotechnique parasismique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les facteurs affectant la résistance à la liquéfaction des sables silteux et d'étudier leur influence sur la susceptibilité à la liquéfaction. À cette fin, dans la première partie du travail, le comportement des sables limoneux lâches, moyens et denses est analysé par des essais au laboratoire, qui comprennent des essais triaxiaux non drainés monotones et cycliques, ainsi que des essais à la colonne résonante, en utilisant différents teneur en fines et pressions de confinement. Les résultats montrent que le comportement des mélanges dépend fortement des caractéristiques des particules grossières et fines. Les résultats expérimentaux sont analysés en termes d'indice des vides intergranulaire équivalent, qui est identifié dans la littérature comme un paramètre d'état adéquat pour caractériser l'effet global des particules fines. Cependant, l'estimation de l'indice des vides intergranulaire équivalent nécessite la détermination de la fraction fine active b participant au transfert de force. Une formule originale est proposée pour le paramètre b, basée sur l'arrangement des particules, permettant ainsi une prédiction satisfaisante du déclenchement de la liquéfaction dans les mélanges sable-fines indépendamment de la teneur en fines. Dans la deuxième partie, l'ensemble des résultats des essais de laboratoire est utilisé pour calibrer le modèle constitutif 3D d'Iwan-Iai pour les sables saturés, dont le principal avantage est le nombre limité de paramètres géotechniques couramment mesurés. Une étude paramétrique est réalisée pour étudier les effets des différents facteurs sur la résistance à la liquéfaction des sables limoneux. La corrélation des paramètres de liquéfaction avec la densité relative, la teneur en fines et la pression de confinement est proposée. Dans la dernière partie de ce travail, les paramètres du modèle obtenus par calibration numérique sont utilisés dans un modèle éléments finis simulant la propagation verticale des ondes dans des profils de sol stratifiés afin d'étudier l'influence de ces paramètres dans la réponse sismique. Ensuite, une base de données de 300 profils de sol est générée par la méthode de Monte Carlo afin d'étudier la fiabilité et la limite de l'utilisation de la vitesse moyenne des ondes de cisaillement dans les 30 m supérieurs du profil de sol, en tant que paramètre unique, pour caractériser les effets de site. Des corrélations entre les facteurs d'amplification et les paramètres de site sont analysées pour différentes gammes de périodes et comparées à celles proposées par différents codes de conception internationaux et nationaux. Les résultats, obtenus dans l'hypothèse de comportement linéaire et non linéaire du sol, soulignent la nécessité d'introduire des paramètres de site complémentaires pour mieux caractériser les effets de site dans les spectres de réponse de conception. Liquefaction is one of the most devastating instabilities in saturated granular materials and is the major cause of damage to the ground and earth structures during earthquakes. Field observations of liquefaction case histories triggered by strong earthquakes evidence the development of large deformations and strength loss due to the pore water pressure build-up for a broad range of saturated soils. Earlier experimental attempts to study the liquefaction phenomenon of soils date back to the 1960's, nevertheless, soil liquefaction is still one of the most difficult phenomenon to assess, as it is strongly acted by different factors, such as relative density, confining pressure, fine content, overconsolidation, stress or strain amplitude and loading path. Hence, predicting the occurrence of liquefaction of soils is a critical aspect of geotechnical earthquake engineering practice. The goal of this research is to identify factors affecting liquefaction resistance of silty-sands and investigate their influence on liquefaction susceptibility. To this purpose, in the first part of the work, the behavior of loose, medium and dense silty-sands is analyzed through experimental tests, including monotonic and cyclic consolidated undrained triaxial tests, as well as resonant column tests, using different fine contents and confining pressures. The results show that the behavior of mixtures strongly depends on the packing configuration of coarse and fine particles. The experimental results are analyzed in terms of equivalent intergranular void ratio, which is identifed in the literature as an adequate state parameter to characterize the global effect of fine particles. However, the estimation of the equivalent intergranular void ratio requires the determination of the active fine fraction b participating in the force transfer. An original formula is proposed for the b parameter based on packing configuration, thereby allowing a satisfactory prediction of liquefaction triggering in sand-nes mixtures independently from the fine content. In the second part, the set of laboratory test results are used to calibrate the 3D Iwan-Iai constitutive model for saturated sands, whose main advantage is its small number of geotechnical parameters commonly measured. A parametric study is performed to investigate the effects of the aforementioned factors known to affect liquefaction susceptibility and resistance of silty-sands. The correlation of liquefaction parameters with the relative density, fine content and confining pressure is proposed. In the last part of this work, the model parameters obtained by numerical calibration are used in a nite element model, simulating the vertical wave propagation in layered soil profiles, in order to investigate the influence of liquefaction parameters on the seismic response. Then, a dataset of 300 one-dimensional soil proles are generated through a Monte Carlo method to investigate the reliability and the limit of using the average shear wave velocity in the upper 30 m of the soil profile, as single proxy, to characterize seismic site effects for weak and strong events. Correlations between site-specific amplification factors deduced using the numerical response spectra and other proposed site proxies are analyzed for period ranges and compared to those proposed by dirent international and national design codes. The results, obtained under assumption of linear and nonlinear behavior of soil, emphasize the need to introduce complementary site parameters proxies to characterize the expected site effects in design response spectra.

SUMMARYOver the past decade, ambient seismic noise has been used successfully to monitor various geological objects with high accuracy. Recently, it has been shown that surface seismic waves propagating within a sea dike body can be retrieved from the cross-correlation of ambient seismic noise generated by sea waves. We use sea wave impacts to monitor the response of a sea dike during a tidal cycle using empirical Green’s functions. These are obtained either by cross-correlation or deconvolution, from signals recorded by sensors installed linearly on the crest of a dike. Our analysis is based on delay and spectral amplitude measurements performed on reconstructed surface waves propagating along the array. We show that localized variations of velocity and attenuation are correlated with changes in water level as a probable consequence of water infiltration inside the structure. Sea dike monitoring is of critical importance for safety and economic reasons, as internal erosion is generally only detected at late stages by visual observations. The method proposed here may provide a solution for detecting structural weaknesses, monitoring progressive internal erosion and delineating areas of interest for further geotechnical studies, in view to understand the erosion mechanisms involved.

International audience; Cette contribution propose le développement d'un modèle de comportement pour la description de la maçonnerie sous chargements cycliques multi-axiaux.Il couple l'élasticité orthotrope, l'endom-magement orthotrope et le frottement interne pour représenter efficacement la réponse de la maçonnerie sous chargements complexes.

The Zambezi turbidite system (Mozambique Channel, Western Indian Ocean) is one of the largest turbidite systems in the world and yet still remains poorly understood. Newly acquired high-resolution multibeam bathymetry, seismic reflection and sedimentological data allowed to investigate the architecture evolution and depositional patterns since the Oligocene in order to understand the main forcing factors that control the deep sea sedimentation in the Mozambique Channel. It was found that the Zambezi turbidite system is composed of two adjacent depositional systems: the channelized Zambezi Fan and a semiconfined fan in the lntermediate Basin. Moreover, results and interpretations indicate: (1) important tectonic control since the Miocene that caused deep incision of the Zambezi Valley and limited overflow of turbidite currents; (2) an important influence of bottom-currents that induces scarcity of fine-grained turbidites, valley flanks erosion and widespread occurrence of sediment waves; (3) low turbidite activity for the last 700 kyr that shows no relationship with sea-level changes as turbidite activity occurred irrespective of glacial or interglacial periods; (4) peaks in terrigenous flux with maxima in local summer insolation, reflecting that monsoon controls the sediment inputs towards the deep marine depositional system; (5) an on-off evolution of the Zambezi Fan that demonstrates a depocenter shift from the distal Zambezi Fan to the proximal Intermediate Basin. All our findings underline the high complexity in depositional environments of the Zambezi turbidite system., Le système turbiditique du Zambèze (Canal du Mozambique, Océan Indien occidental) est l'un des plus grands systèmes turbiditiques au monde et reste encore mal compris. L'acquisition récente de données bathymétriques multifaisceaux à haute résolution, de données de sismique réflexion haute et très haute résolution et de données sédimentologiques a permis d'étudier l'évolution de l'architecture et l'organisation des dépôts depuis l'Oligocène afin de comprendre les principaux facteurs de forçage qui contrôlent la sédimentation en eau profonde dans le Canal du Mozambique. Le système turbiditique du Zambèze est composé de deux systèmes de dépôt adjacents : l'éventail du Zambèze ("Zambezi Fan") et un éventail semi-confiné ("ponded fan") dans un bassin intermédiaire face à l'embouchure du Zambèze. Les résultats et les interprétations indiquent : (1) un important contrôle tectonique depuis le Miocène responsable d'une sur-incision profonde de la vallée du Zambèze et de débordements limités des courants turbiditiques ; (2) une influence importante des courants de fond qui induisent la rareté des turbidites fines, l'érosion des flancs des vallées et l'apparition généralisée de "sediment waves" ; (3) une faible activité turbiditique au cours des 700 derniers kyr qui ne montre, en outre, aucune relation avec les changements du niveau de la mer, l'activité turbiditique s'observant indépendamment des périodes glaciaires et interglaciaires ; (4) des pics de flux terrigènes corrélés aux maxima d'ensoleillement estival local, indiquant que la mousson est le contrôle majeur des apports de sédiments vers le système de dépôt marin profond ; (5) une évolution "on-off" du l'éventail du Zambèze qui démontre un déplacement du dépocentre de la partie distale de l'éventail vers le bassin intermédiaire proximal. Ces résultats soulignent la grande complexité du système turbiditique du Zambèze en raison de l'impact de facteurs de contrôles multiples.

The magnetic and gravimetric data analysis of the northern part of the trans-saharan belt allowed to propose a geophysical and rheological compartmentalization map of its crustal structures and to visualize the Tuareg shield terranes over 1000 km to the north, under the saharan sedimentary basins and several aspects have been discussed. A pseudo network of four successive generations of paleovalleys and incisions has been identified on the upper Ordovician glacial succession in the north-eastern part of the Illizi basin on the basis of high-resolution seismic data. For each incision, the geometry and seismic facies of their filling have been determined. Parallelism between the distribution of some paleovalleys and magnetic anomaly orientations has been observed, but no stratigraphic relationship between them has been identified on seismic sections. A complex network of Pleistocene glacial tunnel valleys in the North Sea has been identified on the basis of high-resolution aeromagnetic data. A detailed magnetic analysis was performed by combining several magnetic methods. Finally, 2D synthetic magnetic models were calculated for Ordovician incisions, applied in the case of the Illizi basin. The results obtained show that their magnetic detection is possible, if a high-resolution magnetic survey would still be available.; L’analyse des données magnétiques et gravimétriques de la partie nord de la ceinture trans-saharienne a permis de proposer une carte de compartimentalisation géophysique et rhéologique des structures crustales et de visualiser les terranes du bouclier Touareg sur plus de 1000 km au nord, sous les bassins sédimentaires sahariens et plusieurs aspects ont pu être discutés. Un pseudo réseau de quatre générations successives de paléovallées et incisions a été mis en évidence dans la succession glaciaire de l’Ordovicien supérieur au NE du bassin d’Illizi sur la base des données sismiques de haute résolution. Pour chaque incision, la géométrie ainsi que les faciès sismiques de leur remplissage ont été déterminés. Un parallélisme entre la distribution de certaines paléovallées et l'orientation des anomalies magnétiques a été observé, mais aucune relation stratigraphique entre ces structures n'a été identifiée sur les sections sismiques. Un réseau complexe de vallées tunnel glaciaires du Pléistocène en mer du Nord a été identifié sur la base de données aéromagnétiques à haute résolution. Une analyse magnétique détaillée a été réalisée en combinant plusieurs méthodes magnétiques. A la fin, des modèles magnétiques synthétiques 2D ont été calculés pour les incisions ordoviciennes, appliqué pour le cas du bassin d’Illizi. Les résultats obtenus montrent que leur détection magnétique est possible, si toutes fois un levé magnétique à haute résolution serait disponible.

This paper deals with the experimental determination of ductility of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) columns with longitudinal passive reinforcement, tested under combined axial and alternate flexural load. The influence of axial load has been studied, as well as the presence or not of a reduced shear reinforcement. One companion column made of ordinary concrete and with a high shear reinforcement ratio has also been tested for comparison. The ductility has been assessed with energy dissipation and ductility coefficient calculations. In addition, the maximum bending moment has been compared with theoretical calculation, using the material characteristics determined from characterization tests. The paper concludes that UHPFRC columns with a longitudinal reinforcement which have not been specifically designed for seismic resistance do display a ductility coefficient higher than 2 and a noticeable ability to protect the rebars from buckling, but have a rather high decrease of bending moment under the succession of series of alternate flexural load cycles.; Cet article traite de la détermination expérimentale de la ductilité de poteaux en béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP) armés de quelques aciers longitudinaux, testés sous sollicitations axiales et transversales alternées. L'influence de différents paramètres tels que l'intensité de la charge axiale ou bien la présence d'aciers transversaux a été examinée. Un poteau témoin réalisé en béton ordinaire, et fortement armé transversalement, a également été testé pour servir de référence. La ductilité a été estimée à travers l'énergie dissipée et à travers le calcul de coefficients de ductilité. Le moment maximal atteint a été comparé avec le moment théorique calculé à partir des lois de comportement des différents matériaux. L'article conclut que les poteaux BFUP armés longitudinalement, non dimensionnés pour développer une résistance au séisme, ont un coefficient de ductilité supérieur à 2 et montrent une bonne aptitude à protéger les aciers des phénomènes de flambement. Ils montrent toutefois une décroissance assez rapide du moment résistant sous la succession des cycles de flexion.

The magnetic and gravimetric data analysis of the northern part of the trans-saharan belt allowed to propose a geophysical and rheological compartmentalization map of its crustal structures and to visualize the Tuareg shield terranes over 1000 km to the north, under the saharan sedimentary basins and several aspects have been discussed. A pseudo network of four successive generations of paleovalleys and incisions has been identified on the upper Ordovician glacial succession in the north-eastern part of the Illizi basin on the basis of high-resolution seismic data. For each incision, the geometry and seismic facies of their filling have been determined. Parallelism between the distribution of some paleovalleys and magnetic anomaly orientations has been observed, but no stratigraphic relationship between them has been identified on seismic sections. A complex network of Pleistocene glacial tunnel valleys in the North Sea has been identified on the basis of high-resolution aeromagnetic data. A detailed magnetic analysis was performed by combining several magnetic methods. Finally, 2D synthetic magnetic models were calculated for Ordovician incisions, applied in the case of the Illizi basin. The results obtained show that their magnetic detection is possible, if a high-resolution magnetic survey would still be available., L’analyse des données magnétiques et gravimétriques de la partie nord de la ceinture trans-saharienne a permis de proposer une carte de compartimentalisation géophysique et rhéologique des structures crustales et de visualiser les terranes du bouclier Touareg sur plus de 1000 km au nord, sous les bassins sédimentaires sahariens et plusieurs aspects ont pu être discutés. Un pseudo réseau de quatre générations successives de paléovallées et incisions a été mis en évidence dans la succession glaciaire de l’Ordovicien supérieur au NE du bassin d’Illizi sur la base des données sismiques de haute résolution. Pour chaque incision, la géométrie ainsi que les faciès sismiques de leur remplissage ont été déterminés. Un parallélisme entre la distribution de certaines paléovallées et l'orientation des anomalies magnétiques a été observé, mais aucune relation stratigraphique entre ces structures n'a été identifiée sur les sections sismiques. Un réseau complexe de vallées tunnel glaciaires du Pléistocène en mer du Nord a été identifié sur la base de données aéromagnétiques à haute résolution. Une analyse magnétique détaillée a été réalisée en combinant plusieurs méthodes magnétiques. A la fin, des modèles magnétiques synthétiques 2D ont été calculés pour les incisions ordoviciennes, appliqué pour le cas du bassin d’Illizi. Les résultats obtenus montrent que leur détection magnétique est possible, si toutes fois un levé magnétique à haute résolution serait disponible.

Strombolian activity, characterised by series of small explosions at open-vent volcanoes, exists worldwide in various tectonic contexts. The variability of the Strombolian activity can be observed on a global scale and on the scale of a volcanic system. We performed two multidisciplinary studies to characterise the variability of the Strombolian activity. A thermo-infrasonic study at Erta’Ale (Ethiopia), Piton de la Fournaise (Réunion Island, France) and Yasur (Tanna Island, Vanuatu) allowed us to characterised the Strombolian activity as small and strong from numerous geophysical parameters. The thermo-infrasonic energy budget validated the existence of a sole mechanism of fragmentation for all Strombolian explosions. The Strombolian activity, often persistent, produces large volumes of gas that can interact with the atmosphere. These larges gas volumes are of the same order of magnitude, when averaged on a few centuries, than the gas volumes produced by larger volcanic eruptions, far less frequent, such as the Pinatubo eruption in 1991. Infrasonic, seismic and thermal measurements during two field campaigns at Yasur highlighted the coexistence of the progressive coalescence into the conduit and the massive coalescence in the reservoir that are responsible for the bubble formation. The massive coalescence exists, when the critical gas flux, above which the foam layer at the top of the reservoir becomes unstable, is exceeded. This critical gas flux allowed us to estimate the bubble diameter in the reservoir and gave consistent values compared to values obtained at other basaltic systems (Etna, Italy; Kilauea, USA; Erta’Ale, Ethiopia).; L’activité strombolienne, caractérisée par des séries de petites explosions, existe dans le monde entier et dans divers contexts tectoniques. La variabilité de l’activité Strombolienne est observée à l’échelle mondiale et à l’échelle d’un édifice volcanique. Deux études multi-disciplinaires nous ont permis de caractériser la variabilité de l’activité strombolienne.Une étude thermo-infrasonique à l’Erta’Ale (Éthiopie), au Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion) et au Yasur (Vanuatu) a permis de caractériser l’activité faible et forte à partir de nombreux paramètres géophysiques. Le bilan énergétique thermo-infrasonique valide l’existence d’un mécanisme unique de fragmentation pour l’activité strombolienne. Nous montrons aussi que l’activité strombolienne, souvent persistante émet des gros volumes de gaz qui peuvent interagir avec l’atmosphère. Ces volumes moyennés sur quelques siècles sont équivalents aux volumes de gaz émis par de plus grosses éruptions volcaniques, beaucoup moins fréquentes, telle que l’éruption du Pinatubo en 1991.Des données infrasoniques, sismiques et thermiques acquises pendant deux mission de terrain au Yasur révèle la coexistence des deux mécanismes de formation des bulles que sont la coalescence progressive dans le conduit et la coalescence massive au toit du réservoir. La coalescence massive au toit du réservoir est généré pour un flux critique au delà duquel la mousse de gaz au toit du réservoir devient instable. Cette valeur critique permet d’estimer un diamètre des bulles dans le réservoir en accord avec les valeurs données pour d’autres systèmes basaltiques (Etna, Italie ; Kilauea, USA ; Erta’Ale, Éthiopie).

Strombolian activity, characterised by series of small explosions at open-vent volcanoes, exists worldwide in various tectonic contexts. The variability of the Strombolian activity can be observed on a global scale and on the scale of a volcanic system. We performed two multidisciplinary studies to characterise the variability of the Strombolian activity. A thermo-infrasonic study at Erta’Ale (Ethiopia), Piton de la Fournaise (Réunion Island, France) and Yasur (Tanna Island, Vanuatu) allowed us to characterised the Strombolian activity as small and strong from numerous geophysical parameters. The thermo-infrasonic energy budget validated the existence of a sole mechanism of fragmentation for all Strombolian explosions. The Strombolian activity, often persistent, produces large volumes of gas that can interact with the atmosphere. These larges gas volumes are of the same order of magnitude, when averaged on a few centuries, than the gas volumes produced by larger volcanic eruptions, far less frequent, such as the Pinatubo eruption in 1991. Infrasonic, seismic and thermal measurements during two field campaigns at Yasur highlighted the coexistence of the progressive coalescence into the conduit and the massive coalescence in the reservoir that are responsible for the bubble formation. The massive coalescence exists, when the critical gas flux, above which the foam layer at the top of the reservoir becomes unstable, is exceeded. This critical gas flux allowed us to estimate the bubble diameter in the reservoir and gave consistent values compared to values obtained at other basaltic systems (Etna, Italy; Kilauea, USA; Erta’Ale, Ethiopia).; L’activité strombolienne, caractérisée par des séries de petites explosions, existe dans le monde entier et dans divers contexts tectoniques. La variabilité de l’activité Strombolienne est observée à l’échelle mondiale et à l’échelle d’un édifice volcanique. Deux études multi-disciplinaires nous ont permis de caractériser la variabilité de l’activité strombolienne.Une étude thermo-infrasonique à l’Erta’Ale (Éthiopie), au Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion) et au Yasur (Vanuatu) a permis de caractériser l’activité faible et forte à partir de nombreux paramètres géophysiques. Le bilan énergétique thermo-infrasonique valide l’existence d’un mécanisme unique de fragmentation pour l’activité strombolienne. Nous montrons aussi que l’activité strombolienne, souvent persistante émet des gros volumes de gaz qui peuvent interagir avec l’atmosphère. Ces volumes moyennés sur quelques siècles sont équivalents aux volumes de gaz émis par de plus grosses éruptions volcaniques, beaucoup moins fréquentes, telle que l’éruption du Pinatubo en 1991.Des données infrasoniques, sismiques et thermiques acquises pendant deux mission de terrain au Yasur révèle la coexistence des deux mécanismes de formation des bulles que sont la coalescence progressive dans le conduit et la coalescence massive au toit du réservoir. La coalescence massive au toit du réservoir est généré pour un flux critique au delà duquel la mousse de gaz au toit du réservoir devient instable. Cette valeur critique permet d’estimer un diamètre des bulles dans le réservoir en accord avec les valeurs données pour d’autres systèmes basaltiques (Etna, Italie ; Kilauea, USA ; Erta’Ale, Éthiopie).

In partnership with Sercel, the thesis concerns the implementation of algorithms for recognizing the sounds emitted by mysticetes (baleen whales). These sounds can be studiedusing passive acoustic monitoring systems. Sercel, through its seismic activities related to oïl exploration, has its own software to detect and locate underwater sound energy sources. The thesis work therefore consists in adding a recognition module to identify if the detected andlocalized energy corresponds to a possible mysticete. Since seismic shooting campaigns areexpensive, the method used must be able to reduce the probability of false alarms, as recognitioncan invalidate detection. The proposed method is based on dictionary learning. It is dynamic, modular, depends on few parameters and is robust to false alarms. An experiment on five types of vocalizations is presented. We obtain an average recall of 92.1% while rejecting 97.3% of the noises (persistent and transient). In addition, a confidence coefficient is associated with each recognition and allows semi-supervised incremental learning to be achieved. Finally, we propose a method capable of managing detection and recognition together. This "multiclassdetector" best respects the constraints of false alarm management and allows several types of vocalizations to be identified at the same time. This method is well adapted to the industrial context for which it is dedicated. It also opens up very promising prospects in the bioacoustic context.; En partenariat avec l’entreprise Sercel, la thèse concerne la mise en œuvre d’algorithmes de reconnaissance des sons émis par les mysticètes (baleines à fanons). Cessons peuvent être étudiés grâce aux systèmes de surveillance par acoustique passive. L’entreprise Sercel, par ses activités sismiques liées à la prospection pétrolière, a son propre logiciel pour détecter et localiser les sources d’énergie sonores sous-marines. Le travail de la thèse consiste dès lors à ajouter un module de reconnaissance pour identifier si l'énergie détectée et localisée correspond bien à un éventuel mysticète. Les campagnes de tirs sismiques étant onéreuses, la méthode utilisée doit pouvoir réduire la probabilité de fausse alarme, la reconnaissance pouvant infirmer la détection. La méthode proposée est basée sur l’apprentissage de dictionnaire. Elle est dynamique, modulaire, ne dépend que de peu de paramètres et est robuste aux fausses alarmes. Une expérimentation sur cinq types de vocalises est présentée. Nous obtenons un rappel moyen de 92.1 % tout en rejetant 97.3 % des bruits (persistants et transitoires). De plus, un coefficient de confiance est associé à chaque reconnaissance et permet de réaliser de l’apprentissage incrémental semi-supervisé. Enfin, nous proposons une méthode capable de gérer la détection et la reconnaissance conjointement. Ce « détecteur multiclasses » respecte au mieux les contraintes de gestion des fausses alarmes et permet d’identifier plusieurs types de vocalises au même instant. Cette méthode est bien adaptée au contexte industriel pour lequel elle est dédiée. Elle ouvre également des perspectives très prometteuses dans le contexte bioacoustique.

In partnership with Sercel, the thesis concerns the implementation of algorithms for recognizing the sounds emitted by mysticetes (baleen whales). These sounds can be studiedusing passive acoustic monitoring systems. Sercel, through its seismic activities related to oïl exploration, has its own software to detect and locate underwater sound energy sources. The thesis work therefore consists in adding a recognition module to identify if the detected andlocalized energy corresponds to a possible mysticete. Since seismic shooting campaigns areexpensive, the method used must be able to reduce the probability of false alarms, as recognitioncan invalidate detection. The proposed method is based on dictionary learning. It is dynamic, modular, depends on few parameters and is robust to false alarms. An experiment on five types of vocalizations is presented. We obtain an average recall of 92.1% while rejecting 97.3% of the noises (persistent and transient). In addition, a confidence coefficient is associated with each recognition and allows semi-supervised incremental learning to be achieved. Finally, we propose a method capable of managing detection and recognition together. This "multiclassdetector" best respects the constraints of false alarm management and allows several types of vocalizations to be identified at the same time. This method is well adapted to the industrial context for which it is dedicated. It also opens up very promising prospects in the bioacoustic context.; En partenariat avec l’entreprise Sercel, la thèse concerne la mise en œuvre d’algorithmes de reconnaissance des sons émis par les mysticètes (baleines à fanons). Cessons peuvent être étudiés grâce aux systèmes de surveillance par acoustique passive. L’entreprise Sercel, par ses activités sismiques liées à la prospection pétrolière, a son propre logiciel pour détecter et localiser les sources d’énergie sonores sous-marines. Le travail de la thèse consiste dès lors à ajouter un module de reconnaissance pour identifier si l'énergie détectée et localisée correspond bien à un éventuel mysticète. Les campagnes de tirs sismiques étant onéreuses, la méthode utilisée doit pouvoir réduire la probabilité de fausse alarme, la reconnaissance pouvant infirmer la détection. La méthode proposée est basée sur l’apprentissage de dictionnaire. Elle est dynamique, modulaire, ne dépend que de peu de paramètres et est robuste aux fausses alarmes. Une expérimentation sur cinq types de vocalises est présentée. Nous obtenons un rappel moyen de 92.1 % tout en rejetant 97.3 % des bruits (persistants et transitoires). De plus, un coefficient de confiance est associé à chaque reconnaissance et permet de réaliser de l’apprentissage incrémental semi-supervisé. Enfin, nous proposons une méthode capable de gérer la détection et la reconnaissance conjointement. Ce « détecteur multiclasses » respecte au mieux les contraintes de gestion des fausses alarmes et permet d’identifier plusieurs types de vocalises au même instant. Cette méthode est bien adaptée au contexte industriel pour lequel elle est dédiée. Elle ouvre également des perspectives très prometteuses dans le contexte bioacoustique.

International audience

Clay-rich rocks are very sensitive to weathering and are affected by complex sliding mechanisms, involving both slope sliding/falling and debris flows in a second stage. This double mechanism often occurs in the Alps and raise a problem for land managers, because of the suddenness of falls and flows. Recent studies have showed that continuous ambient vibration recordings could be used to infer seismic parameters (e.g. resonance frequency, shear wave velocity) that characterize the unstable mass. In both cases (falls and flows), the monitoring of these parameters evidences a significant variation before the triggering of gravitational movements, which has been interpreted as a precursory signal. We develop and test a monitoring methodology for such complex movements affecting clay-rich rocks, from ambient vibration measurements and photogrammetric acquisitions. We installed seismic sensors both in the scarp area and in the gullies, in which the material deposits, in order to study variations in seismic parameters before the triggering of movements. By combining these seismic measurements with regular photogrammetric acquisitions, we determine slope erosion rates and evaluate the material volumes likely to be affected by debris flows., Les roches argileuses, très sensibles à la dégradation par les agents atmosphériques, se caractérisent par des mécanismes de glissement complexes, impliquant des glissements/éboulements de versants et la reprise ultérieure des matériaux argileux glissés et déstructurés par des laves torrentielles. Ce double mécanisme, très fréquent dans les Alpes, pose un problème aux responsables de l'aménagement du territoire, en raison de la soudaineté et de la dangerosité des éboulements et des laves torrentielles en cas de forte pluviométrie. Récemment, les méthodes de traitement du bruit sismique acquis en continu sur des mouvements de terrain rapides (éboulements et glissements coulées dans les sols argileux) ont montré qu'il était possible de mesurer des variations de paramètres sismiques (fréquences de résonance, vitesse de propagation des ondes S) de la zone instable. Dans deux cas d'étude (éboulement et coulée), le suivi temporel de ces paramètres à partir du bruit sismique a montré une variation significative avant le déclenchement d'un évènement gravitaire, pouvant être interprétée comme un signal précurseur. Le projet présenté vise à mettre au point une méthodologie de suivi temporel des mouvements complexes affectant les roches argileuses à partir de mesures de bruit sismique et d'acquisitions photogrammétriques. Des capteurs sismiques ont été implantés à la fois dans la zone de départ des éboulements et dans les ravines qui canalisent le matériau éboulé, afin d'étudier les variations de différents paramètres sismiques avant des instabilités de versant et le déclenchement de laves torrentielles. Ces mesures de bruit sismique ont été couplées à des campagnes d'acquisition photogrammétrique, ce qui a permis de déterminer les taux d'érosion des versants par éboulement et d'évaluer les volumes de matériaux déstabilisés susceptibles d'être affectés par des laves torrentielles.