Le stockage géologique est aujourd'hui envisagé dans plusieurs domaines tels que le stockage de CO2 ou celui de déchets nucléaires. C'est un projet à long terme qui nécessite un protocole d'étude particulier afin de déterminer et comprendre la formation envisagée, notamment en termes de mécanismes de transports. Les formations étudiées sont fonction du type de stockage dans le sens où un stockage de gaz ou de déchet radioactifs ne vont pas requérir les mêmes besoins. Dans le cas d'un stockage de CO2, la formation hôte doit posséder de bonnes propriétés réservoirs afin de, notamment, faciliter l'injection. Pour un stockage de déchets radioactifs, la formation hôte doit retenir au maximum les éventuelles fuites de fluides contaminés, c'est pourquoi les sites de stockage envisagés sont au sein de formation très peu poreuse et très peu perméable, argilite ou granite notamment.Les travaux présentés dans cette thèse sont liés à deux projets de stockage. Le premier a pour but l'étude pétrophysique d'une formation potentiellement hôte d'un stockage de CO2 dans le Bassin Parisien, la formation carbonatée de l'Oolithe Blanche. Cette formation, composée de trois faciès principaux, présente de faibles propriétés réservoir qui sont influencées par trois paramètres microstructuraux : la nature du liant, la quantité de compaction et, enfin, la taille des pores et leur distribution.Le second projet est basé sur l'étude d'un analogue structurale au laboratoire de Meuse/Haute-Marne de l'Andra pour le stockage de déchets radioactifs. Cet analogue est situé dans l'archipel Maltais, qui présente une structure tabulaire très proche de celle observée dans la région du laboratoire de Meuse/Haute-Marne : calcaire/argile/calcaire. Notre étude a permis la mise en évidence de plusieurs périodes de mouvement de fluides oxydants, dont une traversant l'ensemble de la formation argileuse, remettant ainsi en cause ses propriétés d'imperméabilité. / Geological storage is now considered as a technical solution for CO2 storage andnuclear waste management (for high-level and intermediate-level long-lived radioactivewaste). A geological storage is a long term project which implies a particular protocol in orderto better determine and to better understand the host rock, especially in terms of transportmechanisms. The geological formations studied are chosen in function of their storagecapacity because gas storage or nuclear waste storage do not need the same requirements.In case of CO2 storage, the host formation must provide good reservoir properties in order tofacilitate the injection. Here, the safety of the storage is guaranteed by traps (structural,residual, mineral) and by the presence of a cap rock. Concerning nuclear waste storage, thehost must retain at best the potential radioactive fluids and gaz leaks, and this is the reasonwhy storage sites are studied within low porous and low permeable formation, like argillite orgranite.The work presented in the PhD thesis is related to two storage projects. The first oneis focused on the petrophysical study of a potential host for CO2 storage in the Paris Basin,the “Oolithe Blanche” carbonate formation. The second project is an analogue study of thesedimentary structure explored in the Meuse/Haute-Marne laboratory. This laboratory isstudied by ANDRA to be the first nuclear waste storage in a deep geological formation inFrance. The analogue was found in maltese archipelagos, which presents almost the sametabular structure as the one observed in the Meuse/Haute-Marne laboratory:limestone/clay/limestone affected by a weak tectonique deformation.In the first part, the Oolithe Blanche Formation study allowed to determine thereservoir properties of the three principals facies of the formation. This study was realized onplugs sampled on quarries in Burgundy (France). Those facies are characterized by differentenvironmental processes and deposit energy; nonetheless, they are all located within ashoreface depositional environment. They are composed of ooids, pellets and bioclasts invarying proportions. The reservoir properties studied showed the Oolithe Blanche Formationis a microporous one. Microstructural parameters which influence reservoir properties are:the cement type (sparite or micrite), amount of compaction characterized by the cementquantity and the contact between elements and, at last, the pore size distribution withinporous elements (micro, meso, macropores).The second part of this project is focused on a more petrophysical study which aimedat characterizing the pore network influence (volume, shape in space) on acoustic velocities,6electrical conductivity and on permeability. The study is completed by the use of permeabilitypredictive models based on mercury porosimetry spectra.The maltese archipelagos study is based on observations made by Missenard et al.(in prep.) .), Rocher et al., (2008) and Missenard et al. (2009, 2011) on the Blue ClayFormation, thick clay formation (~ 100 m) and on the underlying Globigerina Limestone. Theclay formation presents an important fracture network characterized by gypsum filling and byan oxidizing zone near the fractures. A similar oxidation, in the shape of lobes andmushrooms, is observed within the Globigerina Limestone.This study is also divided in two parts. In the first one, the focus is on the study ofgypsum filling fractures. Studying this filling is directly linked with the storage topic, because,in the case of a nuclear waste storage, the absence of fractures and fluid motion is animportant condition to insure the storage security. In the case of gypsums filling, the study isbased on geochemical measurements on oxygen (δ18O), sulphur (δ34S) and strontiumisotopes (87Sr/86Sr) coupled with a fluid inclusion study, all measurements performed ongypsum crystal. Those analyses allow us to propose a downward fluids circulation modelthrought the clays. Fluids source which is at the origin of gypsum’s precipitation seems to beyounger than the hosted formation. Because of the position of the maltese islands, inMediterranean sea, one potential source is the Messinian evaporites, which Sr isotopic ratiocorresponds well to our data set.The second part of the maltese study concerns the oxidation shape observed withinthe Globigerina Limestone. The aim is to determine the processes which allowed thisoxidation. The main question is: are those structures the results of an internal heterogeneityin the rock or the sign of a stop in a fluid motion (stop of the fluid or stop of the oxidizingmechanism)? In order to answer those questions we based our interpretaion on the skeletonof the rock (mineralogy, magnetic mineralogy, microstructural study, geochemistry), on poreand porosity (porosity measurements, mercury porosimetry…), on permeability and on therock anisotropy (susceptibility of magnetic anisotropy (SMA) and acoustic velocitiesanisotropy). Some conflicting differences on the dataset exist, especially on anisotropy data,which can suppose some complex processes.

Cette étude est destinée à améliorer la compréhension des caractéristiques structurales, pétrophysiques et mécaniques des bandes de déformation dans les grès poreux ainsi que de leur rôle potentiel sur la migration ou le piégeage des fluides en milieu réservoir. L'analyse structurale et pétrophysique des réseaux de bandes de Provence montre que leur perméabilité découle principalement de l'intensité de la cataclase dans leur microstructure et des processus diagénétiques qui peuvent s'y localiser avec la profondeur. L'analyse régionale de ces réseaux de bandes souligne l'influence majeure du régime tectonique sur leur distribution, leur organisation et leur perméabilité. Les bandes associées au régime normal (cataclactiques et peu perméables) sont localisées autour des failles cartographiques, tandis que les bandes associées au régime inverse (modérement cataclastiques et perméables) sont distribuées dans toute la région. Les bandes inverses sont fortement cataclastiques et imperméables uniquement autour du chevauchement de Roquemaure ce qui montre le rôle potentiel de la présence de grande faille sur les caractéristiques structurales et pétrophysiques de ces bandes. D'autre part, cette analyse suggère que la granulométrie de l'encaissant peut influencer l'initiation et l'organisation des réseaux. L'analyse mécanique des bandes de déformation a ensuite été réalisée à partir des résultats obtenus en Provence. L'enveloppe de plasticité de ces matériaux est calculée à l'aide d'une solution analytique. Les essais triaxiaux menés sur le grès de la carrière de l'Etang (orange) confirment la forme de ces enveloppes estimées théoriquement. Les essais réalisés sur les sables de Boncavaï (Uchaux) montrent que la taille des grains, le tri et de la compaction dans ces matériaux peu lithifiés influent sur leurs enveloppes de plasticité et la localisation des bandes cataclastiques à faibles profondeurs. Les trajets de contraintes sont estimés pour les phases d'enfouissement et de chargement tectonique (extension et compression) à partir de la relation entre contrainte principale et contraintes secondaires (K0), calibrée à partir de données de forage. Ces résultats sont intégrés à un modèle permettant d'estimer la nature et les caractéristiques structurales des bandes susceptibles de se former dans un contexte géologique donné. Un modèle structural, mécanique et pétrophysique a été établir à partir de ces différents résultats. Ce modèle est calibré à partir des données de perméabilité mesurées sur les bandes de Provence et des résultats du modèle mécanique de localisation cité précédemment. Ce modèle a ensuite été confronté à une synthèse des données de perméabilité disponibles dans la littérature et confirme l'influence des différents paramètres de contrôle pris en compte dans le modèle. Ce modèle a enfin pu être appliqué sur deux sites d'explorations/exploitations d'uranium en réservoir gréseux poreux et validé par les résultats obtenus, en concordance avec les observations de terrain. / This study is designed to improve the understanding of structural, mechanical and petrophysical characteristics of deformation bands in porous sandstone such as their potential influence on fluid storage or migration in reservoir setting. Structural and petrophysical analysis of band networks from Provence show that permeability of band is mainly controlled by the degree of cataclasis and diagenetic processes at depth. Map-scale analysis of band networks underlines the major influence of tectonic regime on band distribution, organization and permeability. Band associated to normal-fault regime (cataclasis and low-permeability) are located around map-sclae-fault whereas band associated to thurst-fault regime (moderate cataclasis and permeability) are pervasively distributed in all the area. Reverse-sense band are cataclastic and low-permeabiilty around the Roquemaure thrust, which show the potential role of large-scale fault on structural and petrophysical characteristics of bands. This analysis also shows the influence of fault propagation on formation of low permeability catacastic bands. This analysis suggests also granulometry as factor controlling organization of band networks. A mechanical analysis of deformation bands is realized based on results from Provence. Yield envelopes of these materials are calculated from analytical solution. Triaxial tests done on sandstone (L'Etang quarry, Orange) confirm the shape of yield envelope theoretically calculated. Triaxial tests done on the poorly-lithified sands (Boncavaï quarry, Uchaux) show grain size, sorting and packing influencing yield envelope and cataclastic band localization at shallow burial depth. Stress paths are calculated for burial and tectonic event (extension and contraction) using the relationship between main stress and secondary stresses (K0) calibrated from well data. These different results are integrated into a model which allows to estimate type and structural characteristics of bands susceptible to form for a known geological setting. A structural, mechanical and petrophysical model is established form these results. This model is calibrated by permeability data from deformation bands of Provence and results from the mechanical model of strain localization. This model is also confronted to a synthesis of permeability data from literature, which confirms the influence of the different controlling parameters integrated to the model. This model is applied for two sites of uranium exploration/exploitation in porous sandstone reservoirs and validated by field observations.

Les intrusions d'eau salée en zone côtière constituent une menace pour la population. Celles-ci sont particulièrement dommageables en contexte carbonaté. Nous avons étudié le récif corallien Miocène du sud-est de Majorque afin de comprendre la relation entre structure géologique et intrusion. Pour cela nous avons utilisé des méthodes multi-scalaires et multi-disciplinaires. Les mesures dans 25 forages sur l'ensemble de la plateforme corallienne ont permis de préciser la structure stratigraphique et certains éléments de la tectonique régionale. Le récif prograde dans la direction NE-SO, en partant de l'Aquitanien pour aboutir au Messinien. La Crise de Salinité Messinienne entraîne une disparition des coraux méditerranéens et se traduit par un Complexe Carbonaté Terminal qui s'étend sur une grande partie des coraux autrefois vivants de Majorque. A l'échelle du site expérimental, l'étude de la composition minérale, de la texture et de la diagenèse ont permis de caractériser l'hétérogénéité de la séquence carbonatée. Des couches de minéralisation accompagnées de dolomitisation et de faible porosité correspondent à différents niveaux eustatiques post-dépositionnels. Les causes de l'existence et de l'orientation des fractures sont étudiées. La relation de perméabilité à porosité est précisée. La structure de porosité est étudiée par comparaison entre la porosité primaire et la porosité secondaire. Cette étude contribue à la connaissance du site le mieux documenté au monde pour l'évolution des réservoirs carbonatés récifaux, avec applications pour les intrusions d'eau salée et l'extraction des hydrocarbures.

La craie est définie comme étant une roche carbonatée microporeuse. Cette formation est largement exploitée en Mer du Nord pour ses hydrocarbures et constitue un aquifère dans le Bassin de Paris. Les propriétés réservoirs de la Craie (propriétés matricielles) varient considérablement comme Alam et al. (2011) le soulignent pour les craies de surface et de subsurface de Mer du Nord, avec des porosités de 4 à 52 %, des perméabilités de 0,01 à 100 mD et des vitesses des ondes P sur roche saturée de 2,4 à 4,4 km.s-1.Dans le secteur d'étude (Normandie, France), pris comme analogue de terrain, 114 échantillons (Cénomanien- Santonien) ont été prélevés dans le but d'illustrer l'hétérogénéité sédimentaire et pétrophysique de la Craie. Comme en Mer du Nord, les échantillons présentent une grande variabilité des propriétés pétrophysiques : porosités () de 6,1 à 46,5 %, perméabilités matricielles (K) très faibles (0,002 mD) jusqu’à des perméabilités atypiques et très fortes (470 mD, en l’absence de fractures) et des vitesses des ondes P sur échantillon saturé s'étalant selon une gamme très étendue (1,8 à 5,5 km.s-1). Cependant, l’origine de ces hétérogénéités est encore mal comprise. L'objectif de cette étude est donc de comprendre l’influence respective des facteurs contrôlant les propriétés pétrophysiques afin d'optimiser la modélisation de ce type de réservoir.Trois modèles sédimentaires ont ici été définis avec :(1) un modèle de rampes, subdivisé en modèle de rampe argileuse avec des porosités de 34,4 à 46,5 % et des valeurs de perméabilité de 0,02 à 3 mD, et en modèle de rampe carbonatée (mudstone à grainstone) avec des porosités de 26,1 à 46,5 % et des valeurs de perméabilité de 0,04 à 6 mD,(2) un modèle de contourite (mudstone à grainstone et micro-packstone) avec des porosités de 8,3 à 45,5 % et des valeurs de perméabilité de 0,05 à 477 mD,(3) un modèle de surface de hiatus (Soupground à Hardground) avec des porosités de 6 à 36,9 % et des valeurs de perméabilité de 0,002 à 36 mD.Une classification des microtextures, basée sur l’observation au MEB de quatre critères (contenu minéralogique, fraction biogénique, fraction micritique et fraction de ciment), est proposée. À partir de ces critères, deux groupes majeurs ont été définis avec les Pure chalk microtextures et Impure chalk microtextures. Le groupe des Pure chalk microtextures reflète l’intensité des modifications subies par la craie lors de la diagenèse (taux de diagenèse qu’elle soit précoce ou tardive). Une augmentation du taux de diagenèse induit une diminution de la porosité et une augmentation des vitesses de propagation des ondes acoustiques P. En effet, les transformations qui s’opèrent au cours de la diagenèse, d’une part, réduisent la taille des espaces intergranulaires et donc font diminuer la porosité, et d’autre part, renforcent les contacts entre grains, favorisant ainsi la propagation des ondes acoustiques. Pour le groupe des Impure chalk microtextures, la présence de particules insolubles dans la matrice n’affecte pas la porosité, mais diminue la perméabilité du fait de la réduction des tailles d’accès aux pores.Par conséquent, l’héritage sédimentaire et les transformations diagénétiques, qui affectent à différents degrés les faciès sédimentaires primaires, déterminent les propriétés réservoirs et sont donc la cause de la grande variabilité de ces dernières. De plus, la répartition spatiale de ces microtextures, dépendante des conditions de dépôt (e.g. climat, distance des côtes), et des modifications diagénétiques (précoces ou tardives), n’est pas aléatoire. À partir de l’extrapolation combinée des faciès et de l’empreinte diagénétique, il serait ainsi possible de visualiser la distribution des propriétés pétrophysiques sur les falaises, et donc de visualiser l'architecture des réservoirs dans la Craie. / Chalk is defined as a microporous reservoir rock. This formation is a prolific hydrocarbon-bearing reservoir in the North Sea and is one of the main aquifers in the Paris Basin. The heterogeneity of chalk in terms of petrophysical properties (both surface and subsurface) is illustrated by porosity ranging from 4 to 52 %, permeability from 0.01 to 100 mD, and P-wave velocity on water-saturated samples from 2.4 to 4.4 km.s-1 (Alam et al., 2011).In the study area (Normandie, France), taken as an outcrop analogue, 114 samples were collected (Cenomanian – Santonian). As in the North Sea fields, these samples show great petrophysical heterogeneity: total porosity () from 6.1 to 46.5 %, very low permeability (K; 0.002 mD) to atypical high permeability (477 mD; without fractures), and P-wave velocity on water-saturated samples ranging from 1.8 to 5.5 km.s-1. However, the origin(s) of this large variation in petrophysical parameters is poorly understood. Three sedimentary models are defined here for the chalk:(1) Ramp models, subdivided into argillaceous ramp model, with porosity from 34,4 to 46.5%, and permeability from 0.02 to 3 mD, and carbonate ramp model (mudstone to packstone), with porosity from 26.1 to 46.5%, and permeability from 0.04 to 6 mD,(2) Contourite model (mudstone to grainstone and micro-packstone), with porosity from 8.3 to 45.5%, and permeability from 0.05 to 477 mD,(3) Softground to Hardground model, with porosity from 6 to 36.9%, and permeability from 0.002 to 36 mD.Each model has specific distribution in the porosity-permeability plot.A microtexture classification of the chalk is proposed, based on SEM observation of four groups of criteria (mineralogical content, biogenic fraction, micritic fraction and cement fraction). From these criteria, two major groups are defined: Pure chalk microtexture and Impure chalk microtexture. The Pure chalk microtexture group reflects the intensity of chalk modification during diagenesis (rate of diagenesis, whether early stage or not). An increase in the diagenetic rate induces a decrease in porosity and an increase in P-wave velocity. Diagenetic transformation induces a decrease in pore-space size, with better grain contact, explaining the decrease in porosity and the improved propagation of acoustic P-wave velocity. For Impure chalk microtexture group, the presence of insoluble particles in the matrix does not affect porosity but decreases permeability, due to the reduction of pore-throat size.The complex relationships between depositional inheritance and diagenetic transformation lead to variability in chalk petrophysical parameters. Spatio-temporal distribution of depositional facies and associated diagenetic transformation is not random; it depends on sedimentological condition (e.g. climate and distance to shore) and imprint of diagenetic processes (early or late stage). By extrapolating from the combined data on facies and diagenesis, the petrophysical properties of the entire cliff section can be characterised, and used to describe the reservoir architecture of the Chalk.

Les relations entre l'utilisation, l'origine et les propriétés des matériaux de construction peuvent être définies comme des éléments de cohésion territoriale. Elles sont en outre des questions inhérentes à la conservation et restauration du patrimoine culturel. L'objectif de ce travail est d'évaluer cette relation dans le Pays rémois (Bassin Parisien, France). Ce dernier est un exemple concret de zone d'étude limitée (1 400 km², 140 communes) mais dotée d'une géologie et d'un patrimoine très variés. 26 matériaux de construction différents (craie, grès, calcaires, meulière et briques etc.) ont été décrits macroscopiquement et recensés afin de construire une base de données géoréférencées (via ArGis®). Leurs répartitions spatiales ont été analysées à l'aide d'outils de distribution et d'autocorrélation. Par ailleurs, des caractérisations pétrophysiques ont été réalisées en laboratoire sur une sélection de calcaires lutétiens. Les résultats montrent une cohésion territoriale d'utilisation des matériaux répartie selon 6 microrégions et une évolution de leur utilisation du XIe au XXe siècle. La diversité pétrophysique des matériaux du Lutétien est importante, avec différents niveaux de sensibilité aux sels et au gel. L'étude apporte des clefs pour comprendre les critères de choix des matériaux et des conseils pour la gestion du patrimoine dans le territoire d‘étude. / The relationship between uses, origins and properties of building materials can be defined as an element of territorial cohesion of. This is an inherent matter of the preservation and restoration of the cultural heritage. The aim of the study was to highlight this relationship in The Pays rémois (Paris Basin, France). This is a specific zone of 1400 km² with around 140 villages, with an important geological and historical background. Twenty-six building materials (chalk, sandstones, limestones, cherts and bricks) were macroscopically described and field observations werecompiled in a GIS-database (via Arcgis®). Repartition analyses were made with distribution and spatial autocorrelation tools. Petrophysical characterizations were realized on selected lutetian limestones. Results showed 6 areas of building material uses and temporal tendencies use from XIe to XXe centuries. Petrophysical datas were very different between and inside these four limestone groups. Their salt and freeze durability were variable too. The study highlighted some clues to understand choice criteria of building stones and provided guidance for the management and restoration in the Pays rémois.

La nature hétérogène et parfois karstifiée des milieux carbonatés a un impact direct sur nombre de problématiques environnementales, comme celle des aquifères côtiers affectés par une intrusion d'eau salée. Au sud de l'ile de Majorque (Baléares, Espagne), la plate-forme carbonatée de Llucmajor offre un site privilégié pour l'étude de telles intrusions notamment avec le site expérimental de Campos, qui rencontre l'intrusion à faible profondeur. La caractérisation des propriétés hétérogènes du réservoir passe par une description préalable des propriétés des réservoirs carbonatés et notamment celle de la porosité. Au regard de la large gamme d'échelles d'hétérogénéités allant du micromètre à la centaine de mètre, l'utilisation de méthodes multi-échelles est nécessaire. Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation multi-échelle de la porosité, allant de la microporosité à la porosité karstique, et l'établissement de relations entre les changements d'échelles d'observation de ces propriétés. A très petite échelle, la microtomographie haute-résolution à rayons X extrait à l'échelle du micron la microporosité et la connectivité des réseaux microporeux. A plus basse fréquence (celle du mm), la tomographie est également utilisée afin d'étudier le réseau micro- et macroporeux à l'échelle des carottes, à laquelle sont réalisées nombre d'observations et de mesures, notamment pétrophysiques. A l'échelle du puits, les images de paroi permettent d'identifier les zones de dissolution allant des macropores centimétriques aux cavités karstiques plurimétriques. A plus grande échelle, la géophysique de surface permet d'étudier l'extension latérale de ces karsts et hétérogénéités. Enfin, la structure poreuse du site étudié sur cette vaste gamme d'échelles est intégrée à la géologie régionale de la plate-forme de Llucmajor. Ainsi, l'observatoire installé sur le site pour surveiller la propagation de l'eau salée dans l'aquifère a pu être replacé dans son contexte géologique et pétrophysique, afin d'affiner l'interprétation de ses mesures de variations de salinité au cours du temps.

Cette thèse étudie la différenciation des lithologies et fluides à partir de données sismique et de puits dans le réservoir gréseux peu consolidé à huile lourde Morichal (ceinture de l'Orénoque, Venezuela). Dans ces réservoirs, cette discrimination est complexe parce que les lithologies ont des propriétés élastiques similaires et qu'il en est de même pour les sables saturés en eau et ceux saturés en huile lourde (mêmes densités). Dans une première partie, cette problématique de discrimination est analysée au niveau des puits par la détermination d'électrofaciès puis en étudiant la relation entre propriétés pétrophysiques et élastiques. De petites variations de la taille des grains de la roche ou du pourcentage de ciment génèrent des changements de vitesses qui pourraient être utilisés pour discriminer lithologies et fluides. Afin de mieux comprendre pourquoi un premier calage puits-sismique a échoué, une deuxième partie de la thèse a été dédiée à la construction d'un modèle 3D du réservoir, habillé en faciès, propriétés pétrophysiques et élastiques. Ce modèle 3D est ensuite utilisé pour réaliser des tests de modélisations sismiques 1D et 2D, afin d'étudier les effets de l'anisotropie et de l'atténuation sur le signal sismique. En effet, l'anisotropie peut entraîner des changements de phase pour les grands angles d'incidence, et l'atténuation due à la présence d'huile lourde peut causer un retard de phase et un affaiblissement de l'amplitude. Ces deux phénomènes peuvent donc perturber le calage puits-sismique. Après analyse de ces tests, des pistes d'amélioration du calage puits-sismique dans ce contexte géologique sont proposées pour le futur.

A l'Est du Bassin de Paris, les carbonates du Dogger présentent habituellement de faibles porosités et perméabilités, en relation notamment avec une intense cimentation sparitique et d'importants phénomènes de pression-solution (stylolitisation). Il existe néanmoins quelques exceptions à cette tendance : des niveaux réservoirs sont recensés au toit de séquences de dépôt réputées émersives. Pour comprendre la répartition des propriétés pétrophysiques du Dogger calcaire, ce travail de thèse basé sur une étude sédimentologique, diagénétique, géochimique et pétrophysique, se propose d'examiner les influences de la diagenèse précoce puis de la diagenèse tardive sur les propriétés réservoirs dans ces carbonates. L'analyse sédimentologique d'un grand nombre de coupes et de 4 forages carottés répartis sur un profil Langres-Nancy révèle 18 faciès attribuables à 5 environnements de dépôts caractéristiques d'un profil de rampe carbonatée. Ces 4 intervalles sont marqués par des producteurs carbonatés et par des morphologies de rampe différents. Les δ18O et δ13C des fragments biogènes et l'évolution des cortèges argileux suggèrent que des changements environnementaux tels que la température, l'humidité et la pCO2 ont, en partie, contrôlé l'existence de ces intervalles bio-sédimentaires. Huit phases minérales mésogénétiques comprenant 3 générations de calcite, de la pyrite, de la silice, 2 générations de dolomite et de la fluorine se sont succédées depuis le Jurassique moyen, réduisant la porosité intergranulaire. En moyenne 70 % du volume de ces ciments sont formés par 2 zones successives de sparites de blocage (Bc1 et Bc2). Leurs signatures isotopiques indiquent des circulations de fluides parents météoriques ou mixtes probablement liées aux émersions du Crétacé inférieur. Les analyses pétrophysiques ont confirmé les faibles porosités et perméabilités générales de l'Est du Bassin de Paris (φ<5% and k<0.5mD). Toutefois, ces analyses pétrophysiques ont mis en exergue la présence de deux niveaux poreux (Niveau Poreux 1 et Niveau Poreux 2) situés dans la partie supérieure du Dogger calcaire. D'une dizaine de mètres d'épaisseur, ces niveaux poreux ont une porosité dépassant 15%. Leur perméabilité est variable, elle est élevée (k=100-700mD) lorsque les niveaux sont macroporeux et correspondent à des grainstones de shoals oolitiques, elle est faible (k=0,1-1mD) lorsque les faciès sont boueux (dépôts de lagon protégé) et dominés par de la microporosité inter-cristalline. L'architecture stratigraphique issue de l'étude sédimentologique permet de supposer que celle-ci a joué un rôle sur le positionnement des niveaux poreux au sommet du Dogger. En effet, le modèle stratigraphique montre la présence d'un écran imperméable marneux positionné latéralement aux calcaires du sommet du Dogger. Cet écran marneux a pu perturber ou empêcher les recharges en eaux météoriques, pouvant expliquer le sous-développement des ciments de blocage dans ces niveaux poreux du sommet du Dogger. L'étude intégrée sédimentologique et diagénétique montre que l'existence des niveaux poreux réservoirs (NP1 et NP2) semble tributaire d'une histoire sédimento-diagénétique particulière qui peut être résumée en 3 actes : (1) lithification et stabilisation minéralogique précoce sous des surfaces d'émersion (SB7 et SB8), rendant le sédiment résistant aux phénomènes de compaction et pression-solution ; (2) faibles recharges météoriques au Crétacé en raison de l'écran latéral formé par les Marnes à Rhynchonelles (Bathonien), empêchant le développement de ciments de blocage dans le sommet du Dogger (3) faibles recharges hydrothermales et cimentations associées durant l'Oligocène. Ces 3 facteurs ne se sont conjugués qu'au niveau de NP1 et de NP2 (niveaux réservoirs), sur une épaisseur cumulée de moins de 20 m, à comparer aux 210 m totalement compactés et/ou cimentés formant le reste du Dogger (niveaux non-réservoirs).

Le Buntsandstein, localisé dans le graben du Rhin supérieur, apparait comme une cible intéressante pour la géothermie, associant une formation argilo-gréseuse à l'anomalie thermique régionale. Cette étude vise à caractériser les propriétés pétrophysiques de ces grès ainsi que la fracturation les affectant, dans le but de fournir un modèle conceptuel de la formation qui servira de guide pour son exploitation futur. Les faciès sédimentaires sont composés par cinq faciès pétrographiques (grès propres, grès à enrobage argileux, grès à matrice argileuse, grès silicifiés et grès à ciment carbonaté), qui se répartissent dans des proportions variables et contrôlent une partie des propriétés pétrophysiques mesurées à l'échelle matricielle. La comparaison des données pétrophysiques, des données macroscopiques issues d'une analyse de gradients de température, des données de modélisation et de la fracturation permet de construire un modèle de circulation dans le réservoir. Ces analyses mettent en avant le rôle de la zone endommagée des zones de faille pour le transfert de fluides à grande échelle, mais aussi celui de deux faciès sédimentaires : les grès déposés dans un environnement de Playa Lake et fluvio-éolien. L'analyse de différents affleurements montre que la fracturation évolue en fonction de la situation dans la pile sédimentaire et en fonction de la situation par rapport aux accidents tectoniques majeures.

Cette étude est destinée à améliorer la compréhension des caractéristiques structurales, pétrophysiques et mécaniques des bandes de déformation dans les grès poreux ainsi que de leur rôle potentiel sur la migration ou le piégeage des fluides en milieu réservoir. L'analyse structurale et pétrophysique des réseaux de bandes de Provence montre que leur perméabilité découle principalement de l'intensité de la cataclase dans leur microstructure et des processus diagénétiques qui peuvent s'y localiser avec la profondeur. L'analyse régionale de ces réseaux de bandes souligne l'influence majeure du régime tectonique sur leur distribution, leur organisation et leur perméabilité. Les bandes associées au régime normal (cataclactiques et peu perméables) sont localisées autour des failles cartographiques, tandis que les bandes associées au régime inverse (modérement cataclastiques et perméables) sont distribuées dans toute la région. Les bandes inverses sont fortement cataclastiques et imperméables uniquement autour du chevauchement de Roquemaure ce qui montre le rôle potentiel de la présence de grande faille sur les caractéristiques structurales et pétrophysiques de ces bandes. D'autre part, cette analyse suggère que la granulométrie de l'encaissant peut influencer l'initiation et l'organisation des réseaux. L'analyse mécanique des bandes de déformation a ensuite été réalisée à partir des résultats obtenus en Provence. L'enveloppe de plasticité de ces matériaux est calculée à l'aide d'une solution analytique. Les essais triaxiaux menés sur le grès de la carrière de l'Etang (orange) confirment la forme de ces enveloppes estimées théoriquement. Les essais réalisés sur les sables de Boncavaï (Uchaux) montrent que la taille des grains, le tri et de la compaction dans ces matériaux peu lithifiés influent sur leurs enveloppes de plasticité et la localisation des bandes cataclastiques à faibles profondeurs. Les trajets de contraintes sont estimés pour les phases d'enfouissement et de chargement tectonique (extension et compression) à partir de la relation entre contrainte principale et contraintes secondaires (K0), calibrée à partir de données de forage. Ces résultats sont intégrés à un modèle permettant d'estimer la nature et les caractéristiques structurales des bandes susceptibles de se former dans un contexte géologique donné. Un modèle structural, mécanique et pétrophysique a été établir à partir de ces différents résultats. Ce modèle est calibré à partir des données de perméabilité mesurées sur les bandes de Provence et des résultats du modèle mécanique de localisation cité précédemment. Ce modèle a ensuite été confronté à une synthèse des données de perméabilité disponibles dans la littérature et confirme l'influence des différents paramètres de contrôle pris en compte dans le modèle. Ce modèle a enfin pu être appliqué sur deux sites d'explorations/exploitations d'uranium en réservoir gréseux poreux et validé par les résultats obtenus, en concordance avec les observations de terrain.