La susceptibilité des roches faiblement magnétiques a une origine complexe : aux grains ferromagnétiques se rajoutent des contributions dla-, para-, et antlferromagnétiques. Celles-ci ont été mises en évidence grâce à de nouvelles techniques de mesures magnétiques en champ fort et température variable. Les propriétés liées aux phyllosilicates et carbonates ferromagnétiques, à la pyrrhotite et à la goethite ont été particulièrement étudiées. La susceptibilité magnétique ainsi analysée permet de suivre l'évolution pétrologique des roches, en particulier en fonction du métamorphisme et de l'altération. L'anisotropie de susceptibilité magnétique doit être interprétée en fonction de la nature et de l'orientation préférentielle des grains magnétiques. En prenant en compte les mécanismes de la déformation on a accès ainsi à certaines données structurales difficilement appréhendées par les méthodes classiques du fait de la sensibilité et la rapidité des mesures magnétiques ; il s'agit en particulier des linéatlons d'étirement en zones peu déformées. Les éléments d'une modélisation quantitative de la relation entre déformation et anisotropie magnétique sont discutés. Les études de cas ont porté sur des roches sédimentaires non métamorphiques à mésozonales, principalement alpines, sur différents granites et sur des péridotites.

La problématique de cette thèse est l’identification des phénomènes physico-chimiques se produisant entre les roches encaissantes du gisement de sel gemme de Lorraine et des saumures, puis l’étude de leurs effets sur le comportement mécanique. Une démarche multi-échelle a été entreprise : du minéral à l’échelle d’une exploitation en passant par celle des essais mécaniques. La confrontation de la géologie locale avec la géométrie des cavités de dissolution de sel (logiciel GOCAD) au travers de ces roches encaissantes rend compte d’un délitage relativement rapide lorsque les argilites sont au contact d’une saumure de cavité. A l’inverse, l’anhydrite et la dolomie peuvent constituer le toit de cavité pendant plusieurs années, avant de se rompre. Suite à une caractérisation minéralogique, et microtexturale des roches encaissantes (Marnes irisées inférieures et moyennes), une expérimentation de type batch a été mise en œuvre afin de comprendre ces différences: les faciès lithologiques qualifiés de majeurs ont été immergés dans des saumures pendant plus d’un an. Des analyses chimiques et microscopiques ont permis de suivre les modifications minéralogiques et microtexturales. Au contact de saumures saturées en chlorure de sodium, les faciès argileux se délitent en raison de l’hydratation en gypse du minéral anhydrite. Au niveau de l’anhydrite massive, cette hydratation n’affecte qu’une frange superficielle des échantillons, en raison d’une porosité connectée quasi-nulle. En présence d’une saumure de cavité, l’hydratation est promue par la présence de potassium et de strontium en solution. Ces résultats permettent d’expliquer qualitativement la dilatation voire la rupture des éprouvettes d’argilite lors d’essais de fluage en saumures. Le comportement en flexion de l’anhydrite massive ne semble pas être affecté par la présence de saumure, en raison d’une porosité trop faible pour permettre l’accès de la saumure au site réactionnel que sont les cristaux d’anhydrite / The aim of this study is the understanding of the physico-chemical interactions between saturated brine and the rocks (Marnes Irisées inférieures) enclosing the underground salt workings in Lorraine (eastern France), and also the study of their effect on the mechanical behaviour. A multi-scale study was undertaken, from the mineral scale to the one of a salt working. Whereas anhydrite-rich argillites flake quickly with the presence of saturated brine at the border of solutions cavities, the dolomudstone and massive anhydrite don’t and can constitute the top of cavities for several years. In order to explain this difference, these three lithologies were analysed in terms of mineralogy, micro-texture and porous media. Then, samples of argillites and massive anhydrite were immersed in saturated brines for more than one year. Chemical and microscopic analysis testified the hydration of anhydrite crystals into gypsum. This transformation occurs in a superficial way on massive anhydrite; to the contrary, it is located inside the anhydrite-rich argilites. As this transformation induces a volume increasing of 63%, the anhydrite crystals swell. In saturated brine, the water activity is low enough to prevent the swelling of clays such as smectites. Thus, anhydrite swelling might be the responsible of the argillites splitting in a saturated brine environment. The superficial anhydrite hydration on massive anhydrite can be explained by the low values of connected porosity (less than 1%) for this lithology. This results can explain, in a qualitative way, the dilatant behaviour of argilites samples during creep tests with brine. The bending behaviour of massive anhydrite don’t seem to be affected by the presence of brine for one year or less, probably because of the too low porosity of this lithology

La susceptibilité magnétique peut servir dans les études géologiques comme un indicateur de l'évolution pétrologique et structurale des roches. Cela nécessite une démarche particulière qui est développée ici, sur les roches sédimentaires déformées: les trois points suivants sont la base de cette étude. Les mécanismes de déformation et les différentes structure géologiques résultantes. L'origine de la susceptibiiité magnétique et de son anisotropie (A.S.M.) : minéralogie magnétique et pétrofabrique des minéraux anisotropes. L'utilisation de méthodes géométriques pour analyser les directions de l'ASM, notamment dans les cas d'interférences de structures. Dans les calcschistes du Jurassique et les flyschs éocènes de la zone dauphinoise la susceptibilité magnétique est due au paramagnétisme des phyllosilicates, qui constitue la matrice, et au ferromagnétisme de la magnétite. L'A.S.M. se corrèle bien aux structures de déformation: la foliation magnétique - c'est·à-dire le plan perpendiculaire à la susceptibilité magnétique minimale, K3 - est systématiquement confondue avec la stratification ou la schistosité. La linéation magnétique (susceptibilité maximum K1) a tendance à indiquer l'intersection stratification/schistosité dans les niveaux marneux, riches en phyllosilicates, et l'étirement dans le sens du transport dans les niveaux plus calcaires, reiativement plus riche en magnétite. Il est possible à partir de l'A.S .M. d'aborder les problèmes d'interactions des structures sur les propriétés magnétiques directionnelles et de déterminer les orientations tectoniques en l'absence de marqueurs structuraux. Le métamorphisme alpin peut·être mis évidence par la décroissance de la susceptibilité lors du passage dans l'épizone. On discute les possibilités d'estimer le taux de déformation grâce à l'A.S.M., et on proposera, enfin, une méthode générale d'étude structurale au moyen de l'A.S.M ..

L'analyse d'images consiste à extraire de manière quantitative une part de l'information que contient une image. Cette méthode d'analyse est utilisée ici pour des problèmes bien différents : fracturation, forme des grains dans une roche et orientation cristallographique du quartz. Le premier exemple traité concerne l'étude des fractures relevées sur le site du barrage de Vinça (Pyrénées Orientales). L'interprétation structurale associe la fracturation du massif à un grand accident connu sous le nom de faille de Catalogne. Le second exemple porte sur la forme des grains de calcite dans un marbre de Carrare. L'analyse des images permet de mettre en évidence, par l'étude de l'orientation des joints,une faible anisotropie de forme des grains de la roche, expliquant ainsi l'anisotropie de déformation observée en chauffant le marbre. Dans le troisième exemple, l'étude de l'orientation cristallographique du quartz (par détermination de l'orientation de l'axe c par analyse d'images) dans les quartzites du massif de Dora Maira montre que la déformation correspond à, un cisaillement simple avec déplacement des zones hautes vers l'Ouest.

L'utilisation du magnétisme en géologie structurale nécessite la compréhension de la relation entre les propriétés magnétiques anisotropes d'une roche et sa structure issue de la combinaison de multiples phénomènes: diagénèse et compaction, déformation tectonique, métamorphisme, altération. Grâce à l'utilisation d'un nouveau type de magnétomètre cryogénique, des méthodes ont été mises au point pour séparer et analyser les différentes phases, ferromagnétiques, paramagnétiques, diamagnétiques, etc "', qui contribuent aux propriétés magnétiques de la roche, en relation avec sa minéralogie. Une attention particulière a été portée sur le paramagnétisme des phyllosilicates grâce à l'étude en champ fort 10 à 180 kOe) et à température variable (4 à 400 Kelvin), couplée à d'autres méthodes: analyses chimiques et minéralogiques, microsonde, Mossbauer. Une étude régionale a porté sur le Dogger dauphinois, constitué de marnocalcaires présentant de très faibles propriétés magnétiques et subissant une déformation croissante du Sud-Ouest au Nord-Est avec la succession de fabriques liées à la compaction, l'intersection, l'aplatissement puis l'étirement tectonique, tandis que le métamorphisme augmente lui aussi. On observe une corrélation très nette entre l'anisotropie magnétique et ces divers types de pétrofabrique. L'origine de l'anisotropie est discutée en fonction de la minéralogie. des mécanismes de la déformation et des remobilisations chimiques. L'étude de l'aimantation rémanente naturelle met aussi en évidence la relation de celle-ci avec la déformation et les phénomènes chimiques, ainsi que l'effet déviateur de l'anisotropie sur la direction d'aimantation rémanente, pour lequel on propose divers modèles mathématiques.

Nous étudions la déformation alpine des roches de la partie Nord de la nappe du Mont Rose (Alpes Suisses) . L'analyse microtectonique et microstructurale montre que le régime de déformation est proche du cisaillement simple. La direction de cisaillement est parallèle à une linéation d'allongement très marquée de direction WNW ESE. Cette déformation ductile est reliée aux grands chevauche* ments d'âge Eocene contemporains de la collision continentale. D'un point de vue méthodologique, nous étudions les mécanismes de déformation dans les roches gneissiques (zones de cisaillement, mylonites, déformation finie).