La compréhension et la simulation des mécanismes de déformation dans la croûte supérieure sont des enjeux scientifiques et techniques importants. La calcite étant un minéral commun de la croûte supérieure se déformant essentiellement par maclage sous 200 °C, c'est pour cette raison que l'on s'intéresse plus particulièrement au maclage de la calcite dans le cadre de cette thèse. L'utilisation du maclage de la calcite n'en est pas à son coup d'essai et de nombreuses méthodes d'inversions existent que ce soit pour remonter aux tenseurs des contraintes comme aux tenseurs des déformations. Cette thèse propose une nouvelle méthode d'inversion basée sur l'inversion d'Etchopar permettant de reconstruire 5 sur 6 paramètres du tenseur des contraintes avec une quantification fine des incertitudes. Cette méthode permet de détecter automatiquement l'existence d'un ou de plusieurs évènements tectoniques enregistrés par le maclage de la calcite. Un deuxième volet de la thèse consiste en l'amélioration de la méthode d'acquisition des données de macles en utilisant un EBSD (electron backscatter diffraction). En effet, l'utilisation traditionnelle de la platine universelle a des limitations techniques et amène aussi à un doute visuel sur l'appréciation du statut non-maclé de certains plans, en plus du côté long et fastidieux. Le dernier volet de la thèse consiste à déterminer le seuil de maclage de la calcite pour différentes tailles de grains à l'aide de tests mécaniques sous une presse uniaxiale. Qui plus est, le suivi en continu des déformations sur les monocristaux de calcite a permis de mettre en évidence le comportement macroscopique d'un cristal de calcite et la séquence de maclage. / The understanding and modelling of deformation mechanics in the upper crust are important scientific and technical issues. The calcite is a common mineral in the upper crust and mainly deforms by twinning under 200°C. That is why we are interested by calcite twinning as part of this thesis. It is not the first time that calcite twinning is used to reconstruct paleostress or paleostrain tensors. This thesis propose a new inversion method based on the Etchecopar’s one allowing to reconstruct 5 among 6 parameters of the stress tensor with an accurate quantification of the uncertainties. This method allows to automatically detect the realness of one or several tectonic events recorded by calcite twinning. A second part of the thesis consists in the improvement of the data acquisition by using EBSD (electron backscatter diffraction). In fact, the traditional use of the universal stage has technical limitations and brings some optical doubt about the untwinned status of few planes in addition to the long and tedious side. The last part of the thesis consists in the establishing the threshold of calcite twinning for different grain sizes by mechanical tests under a uniaxial press. Moreover, the continuous monitoring of the experiments using single crystals of calcite allowed to highlight the macroscopic behavior of a single crystal and the sequence of twinning.

Dans tous les types de matériaux (roches cristallines, sédimentaires, bétons, céramiques, ...), la présence de fractures (à toutes échelles) implique une perméabilité généralement élevée et des écoulements fluides orientés. Ces circulations de fluides dans les fractures impliquent des interactions fluide - roche (dissolution cristallisation) plus ou moins intenses en fonction de la nature, des conditions physico-chimiques, et des taux de renouvellement des fluides donc des perméabilités. Ces phénomènes d'altération, qui se traduisent principalement par le colmatage des fractures (altération filonienne) et fissures (plans d'inclusions fluides et veinules, altération pervasive) sont des indices très précieux quant à la description des modalités et intensités des migrations fluides dans les systèmes fossiles.<br />Une étude géométrique des réseaux de fractures aux échelles micro et macroscopique, basée sur la répartition spatiale des minéraux de remplissage des fractures, a été réalisée et appliquée à deux granites différents: le granite de Soultz-sous-Forêts (Bas-Rhin, France) et le granite du Brézouard (Vosges, France). A l'échelle macroscopique, une nouvelle méthodologie d'étude des données de forage (graphes binaires cumulés) est présentée dans le cas du granite de Soultz. Elle permet d'identifier la présence de trois associations minérales (quartz-illite, calcite-chlorite et hématite) dans des réseaux de fractures ayant une géométrie 3D et des caractéristiques hydrauliques spécifiques. Ces altérations impliquent des systèmes de fractures différents, des modes d'altération distincts et non synchrones. A l'échelle microscopique, la reconstitution des séquences d'ouverture - percolation - colmatage des fissures est délicate. Cependant, l'étude de leurs caractéristiques géométriques (orientations, rayons, densités volumiques) et de ce fait de leurs porosités, surfaces d'échanges et perméabilités, permet de visualiser leurs rôles distincts dans la propagation des fluides. Ces microstructures sont très nombreuses dans les granites et peuvent impliquer des perméabilités élevées mais variables dans le temps. Ceci a été confirmé par le biais d'une modélisation de l'évolution spatio-temporelle d'une perméabilité de fissures suite à des interactions fluide-roche.<br />Les modèles de perméabilité utilisés (géométriques ou statistiques) dans les deux précédentes approches restent très dépendants de la définition de l'ouverture caractéristique des drains. Une fracture réelle dans une masse rocheuse est caractérisée par des épontes qui ne sont ni parallèles ni forcément imbriquées. L'étude de ces fractures naturelles, à échelle macro et microscopique, complétée par une modélisation plus théorique de leur comportement hydro-mécanique, a permis de mettre en évidence l'influence des rugosités de surface sur la propagation des écoulements fluides et donc des altérations.<br />Ces fractures sont formées et percolées sous l'influence de régimes tectoniques qui contrôlent leur orientation. A Soultz-sous-Forêts, un important système de veines de quartz témoigne d'une phase d'extension majeure à l'Oligocène. Ces fractures ont été successivement percolées et colmatées par des fluides. La pression fluide caractéristique de ces séquences d'ouverture-colmatage des fractures peut être contrainte par une étude microthermométrique des inclusions fluides présentes dans les quartz secondaires qui colmatent les veines. La prise en compte de i) la répartition géométrique des pôles des filons, ii) de considérations empiriques des critères de rupture, et iii) des pressions fluides, a permis finalement de mettre au point une méthodologie de quantification des tenseurs de paléocontraintes à l'origine du développement des systèmes filoniens à Soultz.

La fracturation des zones internes des Alpes occidentales montre principalement une déformation extensive: 75% des failles mesurées sont normales, 25% sont décrochantes. Cette fracturation néogène est synchrone d'un régime compressif en externe. Des indices néotectoniques montrent qu'une partie de cette fracturation est récente.<br />200 tenseurs de paléocontraintes ont été obtenus par Inversion Directe et ont été synthétisées avec des données existantes (Simplon et Briançon). L'extension est principalement parallèle à la direction des structures alpines et s'exprime sur des failles orientées radialement par rapport à l'arc alpin. Une partie de l'extension est perpendiculaire à la direction de la chaîne; elle augmente du Nord au Sud, et s'exprime bien dans la région de Briançon. Des décrochements s'observent dans tout l'arc; ils sont plus récents que l'extension dans la partie sud de l'arc, alors qu'il sont plus anciens dans le Sud Valais. Les axes de tension associés sont compatibles avec les directions générales de l'extension.<br />Deux régimes tectoniques différents dans les Alpes occidentales sont donc mis en évidence et différents moteurs géodynamiques sont proposés pour expliquer ces observations:<br /> - Une extrusion vers une bordure libre pendant les derniers épisodes compressifs, en relation avec la rotation l'Apulie et l'ouverture de la Mer Ligure. <br /> - Un étalement gravitaire lié à l'absence actuelle de convergence provoquant une extension radiale à l'arc.<br /> Le passage d'un régime à l'autre a peut-être eu lieu durant le Pliocène, en relation avec le ralentissement de la convergence au niveau des Alpes occidentales et l'augmentation des taux d'érosion dans la chaîne.

Une analyse de la déformation cassante cénozoïque dans la plateforme européenne a été effectuée entre le massif de Bohême à l'est et la Méditerranée occidentale à l'ouest. Une succession de quatre paléo-champs de contraintes principaux a été caractérisée : (1)une compression NS d'âge éocène. Cet événement induit la formation du « triangle Allemand-Tchèque » bordé à l'est par les décrochements dextres NW-SE de Pfahl et de Franconie et à l'ouest par des décrochements sénestres NNE-SSW, le long de l'axe du futur rift ouest-européen, (2) une extension E-W oligocène qui a ouvert le rift ouest-eurpéen, (3) une compression NE-SW, du début Miocène, qui a réactivé en faille inverse la ligne de Pfahl et comme décrochements dextres les principales failles du fossé rhénan, (4) et finalement depuis la fin du miocène, une distribution en éventail des directions de compression qui s'est développée à la périphérie de l'arc alpin. Cependant, à une certaine distance du front de la chaîne, une direction de compression NW-SE, puis NNW-SSE, a prévalu. Une comparaison avec des données cinématiques des plaques démontre que cette succession d'événements tectoniques cassants est compatible avec la reconstruction des mouvements relatifs entre l'Afrique et l'Eurasie pendant la collision cénozoïque, quelques états de contrainte locaux locaux près des Alpes, sont cependant clairement liés à l'évolution locale de l'arc alpin.

L'enchaînement des épisodes de fracturation et de circulation de fluides ainsi que les phases de déformations synsédimentaires a été caractérisé dans les terrains jurassiques de l'Est du Bassin de Paris. L'étude s'appuie sur une base importante d'observations nouvelles de terrain et sur des données de forages ainsi que sur la caractérisation géochimique et isotopique de différents objets diagénétiques et tectoniques. Sur la base de données de décompaction des terrains et de la découverte de filons sédimentaires, un contexte tectonique extensif est défini entre la fin du Dogger et le Malm. Ces déformations précoces s'intègrent dans un calendrier tectonique partant de la fin du Mésozoïque jusqu'à l'Actuel, dont l'enchaînement des paléocontraintes associées aux phases tardi-crétacées et tertiaires est précisé. L'étude détaillée des stylolites stratiformes a confirmé leur rôle pendant la compaction et lors de réactivations tectoniques. L'analyse des signatures isotopiques (δ18O et δ13C) des calcites de fentes de tension et des roches encaissantes a permis de proposer plusieurs origines et modes d'écoulements pour les paléocirculations depuis le Jurassique jusqu'au Tertiaire.