Le massif de marbres de Saint-Béat se situe dans la Zone Interne Métamorphique des Pyrénées centrales françaises. Il est formé de sédiments mésozoïques métamorphisés lors de l'événement métamorphique extensif Haute température - Basse pression classiquement décrit dans les Pyrénées. L'objet de cette thèse est de caractériser la déformation ductile et la fracturation qui affectent ce massif, et de déterminer dans quelle mesure les processus responsables de la fracturation peuvent être influencés par l'état de déformation. Les caractéristiques de la déformation des marbres et de ses roches encaissantes seront déterminées essentiellement grâce aux orientations préférentielles des axes de la calcite (marbre) et du quartz (socle paléozoïque), déterminées à l'aide de mesures à l'EBSD. L'observation en lame mince des textures de la calcite permet de quantifier les taux de déformation et d'estimer la température de cette déformation. Combinés aux observations de terrain, ces résultats permettent de proposer un modèle structural retraçant l'évolution du bassin depuis l'extension aptio-albienne jusqu'à son état actuel. La fracturation du massif est ensuite regardée à différentes échelles, depuis la photo aérienne jusqu'à l'affleurement. Quatre zones seront étudiées en détail afin de classifier les fractures par familles de mêmes caractéristiques et de reconstituer localement les paléo-régimes de contraintes. On comparera les tenseurs obtenus avec les régimes tectoniques décrits dans la littérature. Trois faciès légèrement différents de marbre servent de base à une étude visant à discuter de l'état d'anisotropie de la roche. Ainsi, des essais en compression simple, en traction indirecte et des mesures de vitesses acoustiques sont pratiqués sur des carottes orientées réalisées dans ces trois faciès ; leurs résultats donnent accès aux caractéristiques internes de la roche. On comparera et discutera les résultats d'un faciès à l'autre, et au sein du même faciès, d'une orientation à l'autre. Les résultats obtenus sur la fracturation servent de guide à la classification des fractures observées sur les fronts de tirs, lors du creusement du tunnel routier de Saint-Béat, recoupant le massif sur plus d'un kilomètre du Nord au Sud. / The Saint-Béat massif, composed of different marble facies, is part of the Internal Metamorphic Zone of the French Central Pyrenees. It is formed by Mesozoic sediments metamorphosed by the High Temperature – Low Pressure extensional event, classically described in the Pyrenees. The aim of this work is to characterize the deformation and fractured state of the massif, and to understand how the former can constrain the latter. The ductile deformation state is recorded in calcite grains for Mesozoic rocks, or in quartz grains for Paleozoic rocks. Their preferential lattice orientations have been measured with the EBSD method. Calcite texture observations give indications about deformation rates and temperatures. These results, in addition with field observations, allow us to rebuild the structural evolution of the massif, from the Albian extension. Fracturing along the massif is described at different scales. Four outcrops are selected in order to characterize and to classify fractures, and locally reconstruct the paleo stress tensor. The obtained tensors are presented and compared to those already published. Three slightly different marble facies are used to discuss the degree of anisotropy of the rock. Mechanical experiments such as compression tests, tensile tests and velocity measurements of elastic waves are carried out on oriented cores within these three facies. These results provide internal rock characteristics which are discussed and compared for the three facies, and for different orientations of the cores.

L'AVANT PAYS MERIDIONAL DE LA CHAINE QINLING-DABIE CORRESPOND A LA PARTIE NORD DU BLOC DE CHINE DU SUD. (OU BLOC DU YANGTSE). CETTE REGION EST CONSTITUEE D'UNE SUCCESSION DE BASSINS ET DE RIDES OU DOMES METAMORPHIQUES D'AXE E-W. AU S. DU DABIESHAN, ON RENCONTRE SUCCESSIVEMENT L'AVANT PAYS PLISSE DU YANGTZE, LE DOME DE LUSHAN ET SON EQUIVALENT LATERAL PLUS SUPERFICIEL DU JIULINGSHAN, LE BASSIN DE PINGXIANG, LE DOME DU WUGONGSHAN ET LE BASSIN D'ANFU. OUTRE LA TECTONIQUE CENOZOIQUE QUI N'A PAS ETE CONSIDEREE ICI, LA STRUCTURE REGIONALE RESULTE DE DEUX EVENEMENTS TECTONO-METAMORPHIQUES RESPECTIVEMENT D'AGE CRETACE (CYCLE YANSHANIEN) ET TRIASIQUE (CYCLE INDOSINIEN). L'EVENEMENT CRETACE EST CARACTERISE PAR LA FORMATION D'HEMI-GRABENS REMPLIS DE SEDIMENTS TERRIGENES CONTINENTAUX (COUCHES ROUGES) DONT L'OUVERTURE EST CONTROLEE PAR DES FAILLES NORMALES FRAGILES. LA FAILLE DE TAN-LU EST L'ACCIDENT MAJEUR DE CE SYSTEME. L'EXTENSION FRAGILE SUPERFICIELLE PEUT S'ACCOMPAGNER D'UNE DEFORMATION DUCTILE PROFONDE QUI MYLONITISE DES GRANITOIDES. CEPENDANT DE NOMBREUX MASSIFS GRANITIQUES D'AGE CRETACE MOYEN A INFERIEUR SONT DES PLUTONS SYNTECTONIQUES DONT LES BORDURES SONT MYLONITIQUES ET LE CUR EST ORIENTE A L'ETAT SUBSOLIDUS. L'EVENEMENT TRIASIQUE EST DATE STRATIGRAPHIQUEMENT DANS LES BASSINS PAR LA DISCORDANCE DU TRIAS SUPERIEUR SUR LE PALEOZOIQUE-TRIAS INFERIEUR PLISSE ET RADIOMETRIQUEMENT DANS LES DOMES PAR DES AGES AUTOUR DE 220 MA. LES ROCHES SEDIMENTAIRES SONT AFFECTEES PAR DES STRUCTURES EXTENSIVES EN COLLAPSE : GLISSEMENTS BANCS SUR BANCS DANS LA PENTE, FAILLES NORMALES, PLIS PLONGEANTS. CES STRUCTURES SONT SYMETRIQUES ET DIVERGENTES PAR RAPPORT A L'AXE DES DOMES. UNE DEFORMATION DUCTILE EXTENSIVE APPARAIT AUSSI DANS LES ROCHES METAMORPHIQUES. DANS LE DABIESHAN, LA DEFORMATION DUCTILE MAJEURE EST UN CISAILLEMENT VERS LE NW QUI ACCOMMODE UNE PARTIE DE L'EXHUMATION DES ECLOGITES DE UHP PENDANT LEUR RETROMORPHOSE EN AMPHIBOLITE ET UNE MIGMATISATION. CETTE TECTONIQUE D'EXHUMATION EST INTERPRETEE COMME UN PHENOMENE D'EXTENSION SYNCONVERGENCE. DES DEFORMATIONS COMPRESSIVES EXISTENT DANS LES MASSIFS DE JIULINGSHAN, LUSHAN ET DABIESHAN. LA COLLISION CHINE DU NORD-CHINE DU SUD SE PROPAGE AINSI SUR UNE GRANDE DISTANCE DANS LE BLOC DE CHINE DU SUD. DES CISAILLEMENTS SYNMETAMORPHES CONDUISENT A UN ECAILLAGE DE LA CROUTE DU BLOC DE CHINE DU SUD. LE BLOCAGE DES CHEVAUCHEMENTS PROVOQUE LA FORMATION DE DOMES EN CONTEXTE GLOBALEMENT COMPRESSIF. SUR LES FLANCS REDRESSES DES DOMES, DES STRUCTURES EXTENSIVES SONT DONC INDUITES PAR UNE TECTONIQUE COMPRESSIVE. LA FORME ACTUELLE DES DOMES EST ACCENTUEE PAR LA MISE EN PLACE DES PLUTONS LORS DE L'EVENEMENT DU CRETACE.

Le manteau lithosphérique subcontinental est exhumé au pied des marges passives distales non-volcaniques en réponse à l’amincissement extrême de la croûte continentale. Ce processus d’amincissement peut être étudié à pied sec sur les témoins de la paléo-marge passive nord Ibérique affleurant aujourd’hui au nord de la chaîne des Pyrénées dans les Chaînons Béarnais (Zone Nord-Pyrénéenne : ZNP). La ZNP résulte de l’inversion de bassins ouverts entre les plaques Ibérique et Europe pendant l’Albo-Cénomanien. Dans les Chaînons Béarnais, la couverture mésozoïque pré-rift est intimement associée aux roches du manteau subcontinental et à de fines lentilles tectoniques de croûte continentale. L’hyper amincissement crustal s’est déroulé dans des conditions thermiques relativement chaudes, comme le montrent les déformations ductiles syn-métamorphiques crétacées affectant la croûte continentale et la couverture mésozoïque allochtone, localement en contact tectonique sur le manteau exhumé. Dans cette thèse, nous présentons des données structurales et géochimiques apportant de nouvelles contraintes pour la connaissance du processus d’amincissement extrême de la croûte continentale et pour la reconstruction de l’évolution de la paléo-marge nord-Ibérique. La couverture pré-rift a été désolidarisée de son socle paléozoïque au niveau des évaporites du Keuper et mise en contact direct avec le manteau pendant son exhumation dans le fond des bassins. Le détachement croûte/manteau est une discontinuité majeure caractérisée par des bandes de cisaillements anastomosées définissant une fabrique lenticulaire (« phacoidal fabric ») d’épaisseur pluri-métrique au sommet du manteau serpentinisé. La croûte continentale se réduit à de minces écailles elles-mêmes anastomosées, séparée par des bandes de cisaillement dans le faciès schistes verts et évoluant vers des cataclasites plus froides. Les analyses par spectrométrie Raman sur la matière carbonée (RSCM) montrent que l’ensemble de la couverture mésozoïque a été soumis à des températures maximales comprises entre 200°C et 480°C. Elle est sujette à d’intenses circulations de fluides. Les interactions fluides/roches ont eu lieu lors de tous les stades de l’extension, depuis les contextes profonds durant la déformation ductile, jusqu’au domaine superficiel durant la déformation cassante. Le détachement manteau/Mésozoïque est marqué par une couche de roches métasomatiques, riches en talc, chlorite et pyrite, mises en place dans les conditions du faciès schistes verts, impliquant en partie des fluides issus de la serpentinisation du manteau. De plus, la géochimie isotopique (O, C, Sr) et les inclusions fluides présentes dans des veines de carbonates des sédiments mésozoïques, témoignent d’une circulation de saumures chaudes (~200°C), à travers toute la couverture sédimentaire pendant l’exhumation du manteau. Ces saumures sont issues de la dissolution des évaporites du Keuper, très rarement conservées dans les Chaînons Béarnais. Nous développons un modèle conceptuel basé sur la géologie des Chaînons Béarnais dans lequel la croûte continentale moyenne est déformée ductilement. Le fonctionnement de détachements contre-régionaux (à pendage vers le continent) est associé à l’individualisation de fines lentilles tectoniques de croûte continentale moyenne qui sont extraites et exhumées avec le manteau dans le fond des bassins albo-cénomaniens, laissant en arrière la croûte continentale supérieure et inférieure. Ces lentilles crustales collées au manteau forment alors une large zone de croûte extrêmement amincie. Des fenêtres ouvertes au sein de cette mince pellicule crustale permettent au manteau de venir en contact direct avec les sédiments pré-rifts (Saraillé, Turon de la Técouère). Des ouvertures au sein de la couverture pré-rift permettent au manteau de venir directement à l’affleurement (Urdach-Les Pernes). / Sub-continental lithospheric mantle rocks are exhumed at the foot of magma-poor distal passive margins as a response to extreme stretching of the continental crust. Remnants of the Northern Iberian paleo-passive margin are now exposed in the Northern Pyrenees in the Chaînons Béarnais (North Pyrenean Zone: NPZ) and represent field analogues to study the processes of continental crust thinning and subcontinental mantle exhumation. The NPZ results from the inversion of basins opened between the Iberia and Europa plates during Albo-Cenomanian times. In the Chaînons Béarnais ranges the pre-rift Mesozoic sedimentary cover is associated with peridotite bodies in tectonic contact with small size Paleozoic basement lenses. Continental extension developed under hot thermal conditions, as demonstrated by the syn-metamorphic Cretaceous ductile deformation affecting both the crustal basement and the allochtonous Mesozoic cover locally in direct contact with exhumed mantle rocks. In this study, we present structural and geochemical data providing new constraints to the knowledge of extreme crustal thinning processes and to reconstruct the evolution of the northern Iberia paleo-margin. The pre-rift cover was detached from its Paleozoic bedrock at the Keuper evaporites level and was welded to mantle rocks during their exhumation in the bottom of the basins. The crust/mantle detachment fault is a major shear zone characterized by anastomosed shear bands defining a plurimetric phacoidal fabric at the top of the serpentinized mantle. Raman Spectroscopy on Carbonaceous Materials (RSCM), performed on the Mesozoic cover reveals that the entire sedimentary pile underwent temperatures ranging between 200°C and 480°C. This sedimentary pile displays numerous evidence of infiltration by geological fluids. The fluid/rock interactions went on during the entire extensional events, since early deep phases characterized by ductile deformation, to late shallower stages characterized by brittle deformation. The detachment is marked by a layer of metasomatic rocks, locally up to 20 meters thick, made of talc-chlorite-pyrite-rich rocks that developed under greenschist facies conditions, including fluids derived from mantle rocks serpentinisation. Moreover, isotopes geochemistry (O, C, Sr) and microthermometry/Raman spectrometry of fluid inclusions in a network of calcitic veins (with quartz locally) in the overlying sediments reveal moderate temperatures (~220°C) brines circulation through the whole sedimentary cover during mantle exhumation. These brines likely derived from the dissolution of the local Triassic evaporites, rarely preserved in the Chaînons Béarnais. We developed a conceptual model based on geological evidence from the Chaînons Béarnais. Implying ductile deformation of the middle crust. Counter-regional detachments (dipping toward the continent) are associated to the individualization of mid-crustal thin tectonic lenses which remain welded on the mantle rocks and are exhumed at the floor of the Albian-Cenomanian basins, leaving behind the upper and the lower crust. These crustal lenses welded on mantle rocks then form a large zone of extremely thinned continental crust. Breaking points in this thin crustal sheet allow mantle rocks to come in direct contact with the pre-rift sediments (Saraillé, Turon de la Técouère). Breaking points in the pre-rift cover allow mantle rocks to be completely exhumed to the seafloor (Urdach-Les Pernes).

Les profils de sismique réflexion de Marges Passives Volcaniques imagent une croûte inférieure réflective formée de deux domaines distincts. Ces réflecteurs sont interprétés comme des intrusions mafiques associées à la formation de la marge. Les observations géophysiques ne permettent pas de comprendre les conséquences associées à la mise en place de ces magmas sur la rhéologie et la déformation effective de la croûte inférieure des marges volcaniques. Cette thèse explore deux exemples géologiques de croûte inférieure à l’affleurement qui ont été affectés par d’importants volumes magmatiques pendant leur histoire extensive : la Zone d’Ivrée (Alpes italiennes) et la province de Seiland (Calédonides finmarkiennes). Une étude approfondie de terrain, associée à des analyses géochimiques et isotopiques ainsi qu’à des expériences de déformation en Presse Paterson permet, (1) de définir la structure synthétique finie d’une croûte inférieure extensive affectée par un ou plusieurs épisodes magmatiques intenses et d'identifier dans la Zone d’Ivrée une croûte moyenne ductile, dans laquelle s’enracinent les failles de la croûte supérieure, (2) de montrer l’évolution de la rhéologie et de la déformation ductile de la croûte inférieure relativement à la mise en place des magmas (3) de caractériser à partir de Seiland l’interface croûte manteau dans un contexte d’extension synmagmatisme mafique. L’ensemble des résultats montre la complexité des relations, à la fois structurales, spatiales et temporelles, entre les magmas et roches mafiques et la déformation en extension dans la croûte inférieure. / Seismic reflection profiles of Volcanic Passive Margins show a two-domain reflective lower crust. The particular reflectors are interpreted as mafic intrusions associated to the margin evolution.From those geophysical observations it is not possible to understand the consequences of mafic magma emplacement on the rheology and effective deformation of volcanic margins lower crust. This thesis explores two geologic examples of outcropping lower crusts affected by important volumes of magma during their extensional story: the Ivrea Zone (Italian Alps) and Seiland (Finmarkian Caledonides). An important field study associated to geochemical and isotopic analyses, and to Patersonapparatus deformation experiences led to (1) define a synthetic structure of an extensional lower crust affected by one or more major magmatic events and to indentify a ductile middle crust in the Ivrea Zone where roots the upper crust faults, (2) show the rheologic and deformation evolution of the lower crust in relation to magma emplacement timing, (3) characterize, from Seiland observations, the crustmantle interface in an extensional System. The whole study shows the complexity of the temporal, spatial and structural relationships between mafic rocks (as magma and as crystallised rock) and extensional deformation in the lower crust.

Les déformations élastoplastiques (instantanées) et les mécanismes d'endommagement du sel gemme sont abordés par une étude expérimentale et théorique. Une étude bibliographique présente les mécanismes de déformation du sel gemme, et permet de dégager les différents facteurs physiques régissant le caractère ductile ou fragile du comportement du sel gemme. On situe ainsi le sel gemme par rapport aux autres géomatériaux du point de vue des propriétés mécaniques. On présente également différentes méthodes d'identification de l'endommagement des géomatériaux. Des essais de compression et d'extension axisymétriques sont présentés. La déformation volumique globale est mesurée au cours du chargement déviatorique. Cette mesure est un indicateur d'endommagement et permet en particulier d'identifier les conditions d'initiation de l'endommagement. Le chargement hydrostatique et les phases déviatoriques renseignent sur la rhéologie du matériau et sur la détérioration du sel gemme consécutive au chargement déviatorique. Les variations des paramètres élastiques sont décrites mais, étant de faible amplitude, elles ne sont pas prises en compte dans l'écriture de la loi de comportement. Une analyse des contraintes internes par le truchement d'un modèle micro-macro autocohérent permet d'éclairer les causes de la précocité de l'endommagement en extension. L'usage d'un tel modèle permet aussi de discuter la nature de l'écrouissage. A l'échelle macroscopique, un modèle de comportement élastoplastique est proposé. Il suit un écrouissage isotrope, l'écoulement est non-associé, et sa détermination s'appuie sur l'analyse de l'évolution de l'angle de dilatance en fonction de la contrainte moyenne et du paramètre d'écrouissage (la distorsion plastique). Une généralisation à l'espace tridimensionnel des contraintes (en faisant intervenir trois invariants du tenseur des contraintes) est développé et permet de présenter un résultat de calcul de creusement de galerie axisymétrique.