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 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.