L'objectif de ce travail est l'étude du comportement du champ géomagnétique, en direction et en intensité, aux cours de périodes stables et de transition (excursions et inversions). Dans ce but, plusieurs études paléomagnétiques et de nombreuses déterminations de paléointensité par la méthode de Thellier ont été effectuées sur des coulés provenant de différentes provinces volcaniques. Des paléointensités comprises entre 21 et 54 Il T ont été obtenues sur des coulées de l'île de la Réunion, pour les périodes 5-11 Ka (mille ans) et 82-98 Ka. Ces données ainsi que la variation séculaire observée sur les directions, concordent avec des intensités du champ dipolaire et nondipolaire comparables avec les valeurs actuelles. Au contraire, de nouvelles données de paléointensité obtenues sur des laves volcaniques de directions intermédiaires, d'Islande et de la Chaîne des Puys, datées entre 40 et 50 Ka., confirment la baisse importante du champ durant l'excursion du Laschamp. Une étude des inversions les plus récentes a été effectuée sur une séquence datée de 123 coulées de l'île de Tahiti (Polynésie française). Des enregistrements détaillés du champ de transition ont été obtenus pour le Jaramillo supérieur et le Cobb Mountain, alors que les transitions du Jaramillo inférieur et du Matuyama-Brunhes n'ont été enregistrées que par quelques coulées. Le Cobb Mountain apparait, dans cet enregistrement, comme une excursion inverse-transitionel-inverse. Les données acquises à Tahiti, combinées à d'autres déjà obtenues en Polynésie suggèrent une domination des termes zonaux au début des renversements. L'intensité du champ de transition, à cette latitude, parait très faible, comme l'indiquent les paléointensités obtenues (3 à 8 Il T). Cette observation combinée à une analyse de l'intensité d'aimantation des coulées, pourrait indiquer une variation de l'intensité moyenne du champ de transition avec la latitude.

Développer une échelle de temps à haute résolution temporelle et commune aux différentes archives climatiques est une étape importante afin de quantifier avec précision les rapides variations climatiques passées et pour les placer dans un cadre chronologique unifié facilitant leurs inter-comparaisons et la quantification d’éventuels déphasages entre évènements, marqueurs ou archives climatiques.Le champ magnétique terrestre (CMT) regroupe l’ensemble des caractéristiques désirées pour développer un tel outil chronostratigraphique (expression dipolaire globale à la surface du globe, enregistrement dans diverses archives, variations en intensité indépendantes des variables climatiques). Bien que porteurs d’enregistrements continus, les sédiments ne donnent accès qu’aux variations relatives d’intensité du CMT. De plus, quand leur échelle de temps ne peut plus être placée sur celle des glaces polaires, elle est généralement obtenue par forçage orbital. Les laves, émises sporadiquement, enregistrent l’intensité absolue du CMT et sont datables par méthodes ⁴⁰Ar/³⁹Ar et K-Ar (indépendantes des variables climatiques). Elles fournissent ainsi des couples âge-paléointensité (A-PI) permettant de calibrer les enregistrements sédimentaires et de les transférer sur des échelles de temps et d’intensité absolues. L’échelle de temps ainsi obtenue est par la suite transférable à diverses archives climatiques. Cette étude se focalise sur les derniers 200 ka. Les laves étudiées proviennent des jeunes volcans d’Ardèche et des phases récentes du volcanisme canarien. Les laves ardéchoises ont délivré des résultats de paléointensité non exploitables et des incertitudes trop importantes sur les âges. Aucun couple A-PI pertinent n’a donc été obtenu. Cependant, nos résultats géochronologiques démontrent l’importance de combiner les 2 méthodes de datation K-Ar et ⁴⁰Ar/³⁹Ar pour tester l’exactitude et la signification géologique des âges obtenus. Pour ces laves, porteuses d’indices de contamination crustale et mantellique, nous suggérons que l’excès d’argon est situé dans des sites de rétention basses températures (<600°C). Les âges ⁴⁰Ar/³⁹Ar obtenus, apparemment non affectés par l’excès d’argon, décomposent l’activité volcanique en 3 phases : 1 au Nord (180±30 ka) et 2 au Sud (31±4 ka et 24±8 ka).Les laves canariennes ont produit 14 nouveaux couples A-PI (dont 9 datés conjointement en K-Ar et ⁴⁰Ar/³⁹Ar). Ces données ont été combinées à celles disponibles et triées de manière à ne garder que celles issues de protocoles d’analyses robustes et suffisamment précises. Les 51 données retenues ont été comparées aux courbes sédimentaires disponibles afin d’obtenir de nouvelles contraintes temporelles sur 0-200 ka. Sur 0-80 ka, les données confirment la bonne calibration de GLOPIS-75 initialement basée le minimum d’intensité de l’excursion du Laschamp et sur l’évolution du CMT entre 20 et 10 ka. En particulier, 3 de nos données réparties entre 45 et 60 ka sont cohérentes avec l’évolution du signal magnétique présentée par GLOPIS-75, complétant ainsi le jeu de contraintes sur cet intervalle. De 80 à 140 ka, les données retenues, bien qu’ayant des incertitudes temporelles parfois importantes, sont cohérentes avec les courbes sédimentaires validant ainsi leur niveau moyen de calibration sur cette période. Ces données confirment également la baisse d’intensité lors de l’épisode ancien du Blake à 120 ka, baisse d’intensité bien documentée par PISO-1500 mais très lissée sur SINT-2000. Avant 140 ka, les données sédimentaires et volcaniques disponibles sont trop incohérentes : aucune calibration n’a donc été entreprise sur cette période. Enfin, 2 données produites suggèrent un évènement géomagnétique bref vers 155 ka. Un tel événement n’est pas observé dans les courbes sédimentaires globales et les modèles disponibles vers 155 ka mais quelques études individuelles mentionnent localement un évènement géomagnétique vers 150 ka (Autriche, Russie et Mer de Chine). / The understanding of climatic mechanisms and rapid climate changes requires a high-resolution, robust, and precise timescale which allows long-distance and multi-archives correlations.An appropriate tool to construct such a timescale is provided by the Earth magnetic field (EMF). The EMF is independent from climatic variations and its past evolution, global at the surface of the Earth, is recorded by most of the geological/climatic archives. Sedimentary sequences provide continuous records of relative intensities of the EMF on timescales usually based on ice core age models or orbital tuning. Lavas, though discontinuously emitted through time, record the absolute intensity of the EMF during their cooling at the surface of the Earth. Lavas are dated using 2 complementary methods: ⁴⁰Ar/³⁹Ar and K-Ar, both independent from climatic parameters. Lavas have therefore the potential to deliver tie-points (age-paleointensity couples) enabling the time calibration of sedimentary sequences and their transfer onto absolute intensity scale and chronological time scale. This timescale can then be transferred to other climatic archives. The present study focusses on the last 200 ka with lavas sampled from young volcanoes of Ardèche (South Massif Central, France) and recent phases of volcanism in the Canary Islands.Lava flows from Ardèche provided unexploitable paleointensity results and ages with large uncertainties. Therefore, they failed to provide suitable tie-points. However, our geochronological results evidence how crucial the combination of both the K-Ar and 40Ar/39Ar methods is to test the accuracy and geological meaning of the ages. Ardèche lavas have abundant mantellic and crustal xenoliths, potential carriers of excess ⁴⁰Ar*. Our study suggests that the argon excess is located in sites that decrepitate at low temperature (<600°C). Because ⁴⁰Ar/³⁹Ar ages are not affected by excess ⁴⁰Ar*, they provide reliable results. The new age dataset indicates that the volcanic activity of Ardèche can be divided in 3 phases: the oldest one (180±30 ka) took place in the northern part of the studied area and 2 younger phases are expressed in the South (31±4 ka and 24±8 ka).The study of the Canarian lavas produced 14 tie-points (9 out of 14 dated combining K-Ar and ⁴⁰Ar/³⁹Ar results). These data have been added to the available ones for the same time period. The published data have been selected on the basis of robust analytical protocols and accuracy. The 51 data finally selected are compared to available sedimentary stacks. Over the last 80 ka, the volcanic data corroborate the calibration of GLOPIS-75, initially based on volcanic and archeomagnetic data between 10-20 ka and the low intensity observed in the Laschamp excursion. Three newly produced data, dated between 45 and 60 ka, extend the database initially used to older periods and they are also consistent with the initial calibration of GLOPIS-75. Between 80 and 140 ka, though volcanic data have significant uncertainties (in age and/or paleointensity), they are consistent with available sedimentary records and validate their calibration level on the long-term. At a shorter time scale, volcanic data corroborate the intensity low reached during the older phase of the Blake excursion (120 ka) by PISO-1500, whereas this low does not appear in SINT-2000. For ages older than 140 ka, not only the volcanic data are scattered, but also the sedimentary records are different from one another and no conclusions could be drawn. Finally, 2 of our data suggest a brief geomagnetic event around 155 ka. Such an event cannot be seen on available global sedimentary stacks or models, even though some individual studies report a local geomagnetic event around 150 ka (Austria, Russia, and China Sea).

La vitesse d'exhumation (entre 10 et 100°ClMa) de certaines roches métamorphiques permet d'enregistrer une succession d'inversions du champ magnétique terrestre en nombre suffisant pour qu'une tentative de corrélation avec l'échelle magnétostratigraphique ait des chances d'aboutir. Un tel enregistrement est nommé enregistrement thermopaléomagnétique. Les principes du thermopaléomagnétisme reposent sur la loi d'additivité des aimantations thermorémanantes partielles (ATRp) qui n'est valable que si le porteur magnétique de l'aimantation est monodomaine. Les expériences réalisées en laboratoire (ATRp artificielles) sur le matériel étudié montrent clairement la qualité monodomaine du porteur de l'aimantation. La région étudiée est la zone dauphinoise à l'Est des massifs cristallins externes et notamment la région de Bourg d'Oisans. Cette région est caractérisée par la présence de pyrrhotite ayant acquis son aimantation après la déformation principale et durant le refroidissement post-métamorphique. La linéarité des diagrammes de Zijderveld permet de raisonner uniquement en terme d'intensité de l'aimantation et légitimise la construction des courbes de désaimantation thermique, J = f (1). Ces courbes montrent des fluctuations de l'intensité qui se corrèlent parfaitement d'un site à l'autre et sont interprétées comme l'enregistrement de chrones successifs lors du refroidissement post-métamorphique. Pour les thermochrones les plus longs, les comparaisons ARN/ATR permettent de calculer des valeurs de paléointensité du champ magnétique terrestre (CMT). Celles-ci sont particulièrement faibles (environs 10 mT) et correspondent à une période de fréquents renversements du CMT au" Miocène inférieur. L'interprétation des courbes de désaimantation thermiques des échantillons étudiés a permis d'établir une séquence de 21 inversions du champ magnétique terrestre, de la corréler avec l'échelle magnétostratigraphique afin d'obtenir une succession de couples T°/âges. Cette corrélation permet d'obtenir quasiment en continu, et en tout cas avec des précisions sur les âges et sur les températures bien meilleures que les méthodes géochronologiques classiques, l'histoire du refroidissement d'une portion de la zone dauphinoise. La courbe de refroidissement ainsi obtenue s'étend de 24,12 Ma/300°C à 20,13 Ma/180'C et permet d'établir la succession des événements ayant affecté la région de Bourg d'Oisans. . Il est aussi possible d'obtenir une succession, dans le temps, d'images représentant la répartition spatiale des paléotempératures et des taux de refroidissement à des instants connus. Pour la première fois, il est possible de mettre en évidence des hétérogénéités thermiques qui sont mises en relations avec des circulations de fluides. Celles-ci semblent perdurer pendant tout le refroidissement. L'outil thermopaléomagnétisme mis au point dans cette étude permet aussi moyennant un échantillonnage convenable, de calculer des paléogradients thermiques. L' interprétation des résultats de ce travail et des données existantes, bien que cherchant à rester simple, montre que l'histoire tectonique et thermique de cette région est extrêmement complexe. L'épisode d'épaississement contemporain de la déformation principale plicative synschisteuse se situe vers 26,5 Ma. Selon l'hypothèse envisagée pour expliquer l'excès de chaleur, la région de Bourg d'Oisans est enfouie à une profondeur de 8.6 km (hypothèse des fluides) ou à 12,5 km (hypothèse tectonique). Dans les deux cas cela nécessite la présence des zones internes bien plus à l'Ouest qu'elles ne le sont actuellemment. Une dénudation d'origine tectonique est proposée juste avant 24,12 Ma, pour expliquer nos observations. A la suite de cette dénudation, il se produit un refroidissement rapide, lié à la fois à la résorption de l'anomalie thermique précédemment créée et à l'érosion accrue du fait de la mise en place par sous-charriage d'une écaille crustale. Cette influence tectonique est suggérée par la similitude entre les fluctuations du refroidissement et celles de la subsidence du bassin molassique. Par la suite, le refroidissement devient plus faible. Pendant ce temps le secteur de Bourg d'Oisans ne subit aucune déformation significative. L'analyse des données directionnelles montre des écarts notables par rapport à la direction du paléochamp pour l'Europe stable. Ces écarts sont interprétés pour partie comme résultant d'un petit chevauchement " out of sequence" du socle des Grandes - Rousses postérieur au franchissement de l'isotherme 150°C, daté plus récent que 9 - 13 Ma. Les modalités de l'ensemble des déformations affectant la zone dauphinoise interne après 9 - 13 Ma restent toutefois encore mal comprises.

La première partie de ma thèse porte sur l'archéomagnétisme, discipline qui permet de retracer l'évolution temporelle du champ magnétique terrestre au travers des derniers millénaires, principalement à partir des matériaux archéologiques. J'ai étudié deux jeux d'échantillons provenant pour l'un de la Grèce (période néolithique, 6800-3200 avant J.C.) et pour l'autre du Mexique (Palenque, période Maya Classique 320-840 après J.C.), dans le but d'acquérir de nouvelles données d'archéointensité et de mieux contraindre la variation séculaire du champ magnétique terrestre. La comparaison de mes données avec celles disponibles dans la bibliographie et avec les différents modèles globaux et régionaux a mis en évidence que les variations séculaires au Néolithique en Grèce et au cours du premier millénaire en Amérique Centrale sont très mal définies. Mes données suggèrent que des composantes locales, non prisent en compte dans les modèles globaux peuvent exister au niveau de ces régions. Elles renforcent l'intérêt de développer des modèles régionaux précis. Pour ce faire, l'acquisition de nouvelles données de haute qualitéest un élément majeur. La deuxième partie traite de la description d'un renversement du champ magnétique terrestre. Cette étude a été basée sur deux points précis : étudier les directions transitionnelles afin d'apporter de nouvelles contraintes sur le possible confinement longitudinal des pôles géomagnétiques virtuels (PGV) d'une part, et d'autre part vérifier des paléointensités transitionnelles obtenues sur la séquence volcanique d'Akaroa (Nouvelle Zélande), dont l'intensité est significativement supérieure à celles des intensités avant et après le renversement. Nous avons ré-échantillonné cette séquence, et l'évolution directionnelle obtenue pour ce renversement est une succession complexe de polarités N-T-R-T-N-T-R. Les PGV obtenus semblent se regrouper sous deux bandes longitudinales sous l'Australie et l'Amérique, ce qui renforce l'hypothèse d'une interaction entre le manteau et le noyau sur plusieurs millions d'années. Suite à une étude de minéralogie magnétique, j'ai sélectionné les échantillons susceptibles de fournir une valeur de paléointensité par les méthodes de Thellier et du multispecimen. Les paléointensités obtenues sont relativement faibles (environ 20 μT) au cours du changement de polarité et forte à la fin de la séquence. Mon interprétation, basée à la fois sur les valeurs de l'intensité du champ et sur les données radiochronologiques montrant que la séquence s'est mise en place très rapidement, est de considérer que seul le renversement C4Ar.1n-C4Ar.1r a été enregistré dans cette séquence. Dans cette hypothèse, le renversement montre un cheminement complexe comparable à d'autres renversements enregistrés dans l'hémisphère nord (comme celui de la Steens Mountain par exemple), incluant un phénomène de rebond avant de se stabiliser. La troisième partie de ma thèse est consacrée au développement d'une nouvelle méthodologie et d'un nouvel appareillage pour déterminer des paléointensités. Le faible taux de réussite des expériences de paléointensité de l'étude précédente m'a poussé à m'intéresser au protocole multispecimen, qui peut s'appliquer aux échantillons possédant un comportement polydomaine. L'inconvénient technique majeur de cette méthode réside dans l'application du champ le long de l'aimantation naturelle, difficile à réaliser avec précision dans les fours standards. Pour ce faire, nous avons décidé de développer des porte-échantillons permettant d'orienter les échantillons dans l'espace pour le four standard et un prototype de four à chauffage ultra-rapide particulièrement bien adapté avec la possibilité d'orienter le champ appliqué dans les 3 dimensions. J'ai testé les différents protocoles de la méthode sur des laves historiques de la Réunion et de l'Etna, possédant des minéralogies très différentes. Pour l'ensemble des coulées étudiées, j'ai obtenu des paléointensités très proches des valeurs attendues, et ce indépendamment de la minéralogie, révélant ainsi le faisabilité de notre appareillage et le côté prometteur de la méthode. L'application de diverses corrections sur la statistique d'estimation de la valeur de l'intensité ou sur le taux de refroidissement n'ont eu aucun impact notable sur mes résultats.

Cette étude cherche à répondre aux besoins des géomagnéticiens: connaissance de la variation séculaire du champ, et des archéomètres: amélioration de la fiabilité des datations archéomagnétiques. Les variations directionnelles du champ magnétique sont bien connues pour les deux demiers millénaires en France, mais les données de paléointensité sont trop sporadiques ou peu fiables pour permettre l'établissement d'une courbe de référence. Nous avons donc cherché à acquérir de nouvelles données par l'étude de l'aimantation thermorémanente (ATR) des terres cuites archéologiques, en utilisant la méthode de Thellier. Nous nous sommes penchés sur les effets de l'atmosphère de chauffe, de l'anisotropie de l'ATR et des différences de vitesses de refroidissement. Vingt trois sites de 11 à 12 échantillons ont été analysés, deux ont été rejetés. Une précision de l'ordre de 5 à 1 0% de l'intensité estimée est atteinte et les résultats obtenus pour des âges proches sont cohérents. Nous avons regroupé ces données avec celles pUbliées pour l'Europe de l'Ouest. Différents modes de traitements ont été appliqués pour préciser l'allure des variations d'intensité durant ces vingt derniers siècles. Durant l'Antiquité l'intensité du champ magnétique terrestre, 1.3 fois plus élevée qu'à l'actuel, aurait faiblement varié, atteignant un maximum vers 200 à 300 ap. J.C.; depuis la fin du Moyen-Age, elle aurait décru assez régulièrement, avec des valeurs variant de 65 à 501JT. L'amplitude de ces variations, bien que faible comparée à la précision des estimations, montre que la connaissance de la paléointensité enregistrée par les terres cuites pourrait permettre de préciser la datation archéomagnétique de celles-ci.

L’étude du paléomagnétisme des roches extraterrestres fournit des informations sur les champs magnétiques présents dans le système solaire il y a plusieurs milliards d’années. A travers ce travail de thèse nous avons exploré deux grands aspects : un champ de dynamo sur un corps différencié, la Lune, et des champs magnétique dans le système solaire primitif avec l’étude de chondrites (CM et les rumurutites). Notre étude des échantillons lunaires a permis de confirmer l’existence d’un champ de dynamo ancien de forte intensité (~50 µT) entre 3.8 et 3.3 Ga. En utilisant l’anisotropie de susceptibilité magnétique comme indicateur de paléohorizontale et en faisant l’hypothèse d’une géométrie de champ dipolaire, nous avons déterminé que l’axe de cette dynamo était centré sur l’axe de rotation actuel de la Lune. Les chondrites CM et les Rumurutites ont enregistré des champs magnétiques anciens quelques millions d’années après la formation du système solaire. L’aimantation rémanente des chondrites CM constitue probablement le plus ancien enregistrement paléomagnétique jamais mis en évidence. L’estimation de la paléointensité (2 µT) et les contraintes chronologiques dont nous disposons ne permettent pas de trancher entre un champ d’origine externe (solaire ou nébulaire) ou d’origine interne (dynamo). Cette dernière hypothèse laisse entrevoir la possibilité de la formation de corps partiellement différenciés dès les premiers millions d’année du système solaire. Dans les rumurutites, les conclusions sont similaires, avec une paléointensité également estimée à 2 µT. Cependant l’aimantation étant plus jeune, une origine interne est favorisée. / Paleomagnetic studies of extraterrestrials rocks provide information on magnetic fields that prevailed in the solar system several million years ago.Through this work we have explored two main aspects: a field dynamo on a differentiated body, the moon, and magnetic fields in the early solar system with the study of two chondrites classes; CM and rumurutites. Our study of lunar samples confirmed that an old dynamo field of high intensity (~50 µT) existed on the Moon between at least 3.8 and 3.3 Ga. Using the anisotropy of magnetic susceptibility as a proxy for paleohorizontale and assuming a dipole field geometry, we determined that the dynamo axis was centered on the actual rotation axis of the Moon.CM chondrites and Rumurutites recorded old magnetic fields acquired few million years after the formation of the solar system. The remanent magnetization of CM chondrites is probably the oldest paleomagnetic record never evidenced. The estimated paleointensity (2 µT) and time constraints not allowed to discriminate between a field of external (solar or nebular) or internal origin (dynamo). This latter hypothesis suggests that formation of partially differentiated body could occur during the first million years of the solar system history. In rumurutites, conclusions are similar, with a paleointensity also estimated at ~2µT. However, the magnetization is younger and an internal origin is favored.