Les bandes de déformation sont des structures géologiques se mettant en place dans les matériels granulaires présentant une forte porosité (>15%). Ces structures peuvent être compactantes ou dilatantes et peuvent présenter une composante cisaillante. À l’échelle microscopique, il est possible d’observer une réorientation des grains, une compaction ou un cisaillement intense peut entrainer la fracturation de ces derniers (cataclase) pour former une fine zone déformée modifiant ainsi la porosité et la perméabilité de la roche. Ces bandes ont un impact sur la circulation des fluides en formant des barrières ou des drains dans le réservoir. La formation de ces structures est étroitement liée à la tectonique et aux paramètres sédimentologiques du matériel hôte. Comprendre et pouvoir prédire le mode de mise en place, les orientations et la distribution de ces bandes est l’objectif principal de cette thèse.Dans cette étude nous avons analysé un site de bandes de déformation observé dans le bassin de Tremp, au sein de la formation d’Aren, dans la zone Central Sud-Pyrénéenne. Nous avons pu définir la nature de ces structures grâce à des analyses macro- et micro-structurales couplées à une étude d’anisotropie magnétique permettant de déduire la direction de raccourcissement à l’origine de la mise en place de ces bandes. Deux principaux types de bandes cataclastiques sont alors mis en évidence: (1) des bandes de compaction pures, perpendiculaires au raccourcissement et (2) des bandes de compaction à composante cisaillante, obliques à cette même direction de raccourcissement.En comparaison avec le calendrier tectonique de la région et des données d’enfouissement relatif dans le temps de la formation étudiée. Nous avons fait l’hypothèse que ces deux familles de bandes sont apparues à faible enfouissement (< 1 km de profondeur), soit peu de temps après le dépôt et associées à la croissance du pli du Sant Corneli-Boixols. De telles structures ne sont pas communes pour un enfouissement superficiel et le faciès calcarénitique est mis en cause pour expliquer leurs apparitions.La mise en place de simulations analytiques basées sur des résultats d’expérimentations géomécaniques ont ensuite permis de contraindre le régime tectonique, l’orientation et les valeurs de ces contraintes nécessaires à la formation de ces deux types de bandes par rapport à l’enfouissement et la croissance du chevauchement. Les valeurs de contraintes attendues sont ici très faibles dans le cas d’une déformation très précoce.Enfin, nous avons testé ces observations et nos hypothèses à des modélisations numériques dans lesquelles nous avons analysé l’impact de la croissance d’un chevauchement et d’un pli de propagation de rampe. La distribution des contraintes et les potentielles bandes de déformation mises en place au sein d’un réservoir poreux situé en avant de ce pli ont été étudiées. Nous avons alors montré que nos hypothèses d’apparition superficielles de bandes de déformation étaient dépendantes de la position des enveloppes de ruptures (elles-mêmes dépendantes de la lithologie de la roche). Pour expliquer la mise en place des bandes étudiée dans ce mémoire, une résistance mécanique très faible de la roche est nécessaire pour permettre de former des bandes à moins d’un kilomètre de profondeur. / Deformation bands are geological structures that occur in porous and granular material presenting a high porosity (>15%). These structures can be identified as compactive or dilatant, a shear component is also often observed. At the microscopic scale, it is possible to observe a grain rearrangement and an intense compaction and or shearing can lead to grain crushing (known as cataclasis), to form a thin deform zone that will modify the porosity and permeability of the rock. Deformation bands have a non-negligible impact on fluid flow, creating a barrier or a drain in the potential reservoir. The formation of such structures is mainly linked to the tectonic activity but also to the facies and other sedimentological parameters of the host rock. The understanding and the prediction of the occurrence and distribution of the bands is the main objective of this thesis.In this study we analyzed a deformation band site found in the Tremp basin, in the Aren formation localized in the South Central Pyrenean Zone. We defined the nature of these structures with macro and microstructural analysis and by adding a study of the magnetic anisotropy to constrain the shortening direction responsible to the band formation. We evidence two major types of bands showing different orientations and behavior: (1) Pure compaction bands (PCB), perpendicular to the shortening and (2) Shear enhanced compaction bands (SECB), oblique to the same shortening.In comparison with tectonic schedule in the studied area and time vs. burial data of the formation, we deducted that both types of bands took place at a shallow burial (<1km depth), which means short times after deposition. This localized deformation, showing mainly cataclasis, is associated to the growth of the Sant Corneli-Boixols fold and thrust belt. Such structures are not common at a shallow depth and we propose that the calcarenite facies of the host rock is the key factor to explain the band occurrence.Thereafter, we made analytical simulations based on geomechanical experimentations results that allowed us to constrain the stress state and orientations needed to create these structure and to determine the timing of formation compared to the burial of the layers during the growth of the Boixols thrust. The stresses magnitudes are expected to be really low in the case of an early deformation.Finally, we tested and compared our observations and hypothesis to numerical modeling where we analyzed the impact of the growth of a fold and thrust belt on the stress state and orientations and the analysis of potential deformation bands occurrence. The stress distribution and the potential occurrence of deformation bands in a porous reservoir presenting different characteristics and located in front of this fold were studied.With the modelizations results, we exposed that our hypothesis of shallow deformation bands are dependent from the position of failure envelopes (that are dependent on the rock lithology). To explain the band formation we studied in this thesis, a weak mechanical strength of the host rock is needed to form deformation bands at less than a depth of one kilometer. The pure compaction bands are associated to a potentially early layer-parallel shortening (LPS).

Une augmentation du taux de combustion des combustibles nucléaires UO2 dans les réacteurs à eau légère se traduit par l’apparition d’un changement de structure microscopique, appelée HBS. Bien que caractérisée expérimentalement de façon détaillée, des points importants sur les mécanismes de sa formation restent à éclaircir. Afin de répondre à ces questions, une étude de la contribution des défauts de type dislocation a été conduite. Dans une première partie, une méthode de calcul du champ de contraintes associées à des configurations périodiques de dislocations a été développée. La méthode a été appliquée aux cas des empilements et murs de dislocations de type coin, pour lesquels une expression explicite du potentiel des contraintes internes a été obtenue. A travers l’étude d’autres exemples de configurations, il a été mis en évidence que cette méthode permet le calcul de n’importe quelle configuration périodique de dislocations. Dans une seconde partie, l’évolution des défauts d’irradiation de type boucle d’interstitiels a été étudiée dans des échantillons de combustible UO2 dopé avec 10% en masse d’émetteurs alpha. Les distributions expérimentales en taille de boucles d’interstitiels ont été obtenues pour ces échantillons stockés pendant 4 et 7 ans à température ambiante. Des équations cinétiques sont proposées afin d’étudier l’influence de la remise en solution d’interstitiels contenus dans une boucle due à un impact avec l’atome de recul 234U, ainsi que la coalescence de deux boucles de dislocation pouvant diffuser en volume. L’application du modèle montre que les deux processus introduits doivent être considérés dans l’étude de l’évolution des défauts d’irradiation. / An increase of the discharge burn-up of UO2 nuclear fuels in the light water reactors results in the appearance of a change of microscopic structure, called HBS. Although well characterised experimentally, important points on the mechanisms of its formation remain to be cleared up. In order to answer these questions, a study of the contribution of the dislocation-type defects was conducted. In a first part, a calculation method of the stress field associated with periodic configurations of dislocations was developed. The method was applied to the cases of edge dislocation pile-up and wall, for which an explicit expression of the internal stress potential was obtained. Through the study of other examples of dislocation configurations, it was highlighted that this method also allows the calculation of any periodic dislocation configuration. In a second part, the evolution of interstitial-type dislocation loops was studied in UO2 fuel samples doped with 10% in mass of alpha emitters. The experimental loop size distributions were obtained for these samples stored during 4 and 7 years at room temperature. Kinetic equations are proposed in order to study the influence of the re-solution process of interstitials from a loop back to the matrix due to an impact with the recoil atom 234U, as well as the coalescence of two interstitial loops that can diffuse by a volume mechanism. The application of the model shows that the two processes must be considered in the study of the evolution of radiation damage.

Partie 1 : Etude sismotectonique du Péloponnèse. Durant l'été 1986 nous avons installé un réseau sismologique de 46 stations couvrant l'ensemble du Péloponèse. Sur plus de 1000 séismes, 750 sont localisés à 10 km près et 480 le sont à 5 km près, 100 solutions focales ont été déterminées. La sismicité enregistrée est essentiellement crustale (95%). La croûte inférieure apparait comme une zone sismique à l'ouest et devient sismique à l'est. Les mécanismes au foyer indiquent un champ de contrainte compressiif orienté E-W dans la bordure occidentale. Immédiatement à l'est de cette zone, le régime devient extensif, d'orientation N-S au nord puis NW-SE à E-W dans !e sud et le sud-.ouest du Péloponnèse. La, sismicité intermédiaire définit la géométrie de ia subduction de la plaque Afrique sous le Péloponnèse. Le plongement est orienté NE-SW scion un pendage de 10°, à 200 km des fosses ce pendage s'accentue brusquement (45 ° ). Les mécanismes au foyer montrent une tectonique extensive orientée NE-SW, avec un pendage identique à celui de la plaque plongeante. 2* partie: Réponse sismique d'une vallée sédimentaire. Durant deux semaines , en mai 1985, cinq stations sismologiques ont été installées à travers une vallée située à 50 km de Thessalonique ( Grèce) . Les stations étaient placées sur les sédiments et sur les bords rocheux de la vallée. A partir de séismes locaux et régionaux, nous avons calculé les rapports des spectres de Fourier obtenus aux différents sites. Pour les sites sédimentaires, les rapports montrent des .amplifications maximales de 8, pour un site rocheux elles atteignent 6. Les amplifications observées sont maximales lors de séismes locaux.Nous interprétons ces effets en fonction du contexte géologique local.

Un réseau local de 44 stations sismologiques portables installé dans le sud de la Grèce nous a permit d'enregistrer plus de 800 séismes. Le but de cette campagne était d'étudier la tectonique de l'arc hellénique et la géométrie de la subduction. Les séismes crustaux sont localisés en majorité entre les fosses helléniques et l'arc égéen méridional, sans montrer de lacune de sismicité, au niveau du gap d'Anticythère. Les fosses de Pline et de Strabon ont très peu de sismicité. Nous avons recensé une centaine de séismes intermédiaires, les séismes subcrustaux se répartissent sous l'arc égéen méridional, tandis que les séismes profonds sont situés à l'est du Péloponnèse et sous Astipaléa. La Mer de Crète est une région asismique alors que la plupart des modèles indiquent qu'elle est la zone où l'extension est maximale. On ne peut pas préciser la géométrie de la subduction puisqu'il n'y a pas continuité d'est en ouest. 98 mécanismes au foyer ont pu être déterminés dans le sud du domaine égéen. Les mécanismes des séismes crustaux confirment les données de microtectonique et de mécanismes au foyer de séismes majeurs; on distingue en plus de la compression E-W au niveau de l'île de Samos. Les séismes subcrustaux montrent un champ de contraintes différent et très complexe. Au contraire, les séismes les plus profonds ont tous des mécanismes avec des axes T plongeant vers le nord parallèles au plongement supposé de la plaque subduite. Les vecteurs glissement sont N-S, parallèles à la direction de convergence entre l'Afrique et l'Eurasie.

Considérons un cas d’étude dans lequel les données produites par différentes techniques ont été obtenues en divers points d’une masse rocheuse où les effets topographiques sont très probablement significatifs. Les mesures ont été effectuées pour la conception du réseau hydroélectrique. Le réseau comprend une conduite hydraulique ainsi qu’une nouvelle centrale souterraine placée à mi-parcours de la conduite et sera principalement creusé dans le granite. Les diverses données ont été intégrées à un modèle continu équivalent afin d’évaluer le champ de contrainte régional et ainsi d’extrapoler les résultats des divers tests au volume de masse rocheuse concerné par le plan hydroélectrique. L'intégration des essais in situ et du modèle permet de déterminer les variations spatiales du champ de contrainte. Il est ainsi possible d’identifier le mécanisme de chargement à l’origine du champ de contrainte mesuré ainsi que le comportement rhéologique à long terme du géomatériel équivalent considéré. / A case study is considered in which data produced by different techniques have been gathered in various locations within a rock mass in which topography effects are most likely significant. Measurements were performed for the design of a re-powering scheme that includes a new hydraulic conduit and an underground cavern that will primarily be excavated in granite. An integrated approach for extrapolating the results from the various in situ tests to the rock mass volume of interest for the hydroelectric power scheme is presented. This approach includes the development of an equivalent continuum mechanics model. The integration of in situ tests and numerical modelling enables to determine the stress spatial variation which helps ascertain the loading mechanism at the origin of the measured stress field as well as the long-term rheological behavior of the equivalent geomaterial under consideration.

La première partie de ce mémoire est une mise au point sur la notion de contraintes en tectonique cassante. Nous présentons une classification schématique des différents types d'états de contraintes que l'on trouve dans la croûte supérieure, et des déformations qui leur sont associées. Pour chaque état de contraintes, on analyse la cinématique des plans néoformés et des plans réactivés. Nous discutons ensuite à l'aide d'exemples, les limites d'application des méthodes inverses pour la détermination des états de contraintes (exemple de la méthode Etchecopar et coll.). On montre également que la prise en compte de la typologie des stries (stries pénétratives avec dissolution ou stries avec recristallisation), permet de mieux contraindre la détermination du tenseur. Dans la deuxième partie, la tectonique récente des Alpes du Sud est abordée par l'étude des paléocontraintes. 150 stations microtectoniques réparties dans les nappes de Digne, de Castellane et de Nice sont analysées. Les résultats permettent de reconstituer l'évolution du champ de contraintes depuis l'Oligocène. Celle-ci dépend des conditions aux limites propres à chaque domaine. Ainsi, la variation rapide des directions de contraintes dans les Arcs de Digne et de Nice est liée à la présence de bordures libres situées au front de ces deux nappes (respectivement les bassins de Valensole et du Var). Ces bassins ont permis l'expression de phénomènes gravitaires dans les parties internes des nappes, soumises à un uplift. La nappe de Castellane bloquée à son front par le massif des Maures montre une plus grande stabilité des directions de contraintes. La reconstruction du champ de contraintes pour la période quaternaire nous permet de déterminer la cinématique et les mécanismes aux foyers possibles des accidents qui affectent les différents domaines. Ces résultats sont comparés aux données de la sismicité historique et instrumentale.