La sismique et la sismologie sont des moyens puissants pour comprendre la croûte terrestre.Ces deux méthodes reposent notamment sur une compréhension approfondie de la propagation des ondes sismiques dans des milieux sédimentaires saturés en fluides.Ce travail a pour but de comprendre les effets statique et dynamique du fluide sur la réponse élastique de roches clastiques saturées.Deux points spécifiques de l'interaction fluide-roche sont étudiées: (i) l'intéraction physico-chimique, le « shear weakening », affectant la réponse élastique de la roche; et (ii) l'interaction mécanique, le « frequency effect », induisant une dépendance des propriétés élastiques à la fréquence de mesure.Deux types de roches sont étudiés: les grès et les calcaires.Ces échantillons de roche sont sélectionnés pour leurs propriétés isotropes et leur forte concentration en un minéral dominant: le quartz pour les grès et la calcite pour les carbonates.Le phénomène de « shear weakening » est d’abord étudié pour de très faibles saturations en eau afin de tester l’effet de l'adsorption.Aucun affaiblissement n’est mesuré dans les carbonates, au contraire un affaiblissement élastique global est observé dans certains grès : Les modules de cisaillement et d’incompressibilité sont également affectés.L'effet ne semble pas provenir d'une différence intrinsèque entre les minéraux de quartz et de calcite, mais d’une différence microstructurale entre roches. Un modèle micromécanique est développé, montrant que les deux paramètres clef sont le caractère granulaire et le degré de cimentation de la roche.Le même résultat est obtenu pour les compressibilités mesurées lors des saturations totales en eau.Ces deux études montrent que l'adsorption est la cause du « shear weakening », et implique un affaiblissement élastique global dans les roches granulaires peu cimentées (gréseuses et probablement carbonatées).L'effet de fréquence est étudié dans des grès de Fontainebleau et de Berea. Deux méthodes sont étudiées, toutes deux basées sur le principe de "stress-strain" (i.e. contrainte-déformation): l'oscillation "isotrope" (de la pression de confinement) et "déviatorique" (de la contrainte déviatorique).Ces deux modes d'oscillations sont tout d’abord calibrés à l’aide de plusieurs standards (e.g. aluminium, verre, gypse, plexiglass).Les échantillons de roche, saturés par des fluides de différentes viscosités, sont ensuite mesurés avec ces deux modes d'oscillation.Pour le premier mode d'oscillation, dit "isotrope", ce travail a permis de (i) mettre en évidence trois régimes élastiques distincts;et (ii) mesurer à la fois la conséquence (i.e. dispersion et atténuation du module d'incompressibilité) et la cause (i.e. écoulement fluide global) de la transition en fréquence entre état drainé et état non-drainé.Pour le second mode d'oscillation, dit "déviatorique", le module de Young et le coefficient de Poisson sont mesurés sur une gamme de fréquence apparente de [10-3;105] Hz.Pour un échantillon de grès de Fontainebleau, les deux transitions élastiques sont observées. Les mesures sont cohérentes avec les théories existantes.Un modèle 1D, prenant en compte les conditions de bord du système, est finalement développé. Ce modèle donne des résultats cohérents, et explique l'effet du volume mort sur les propriétés mesurées dans le cas d'une oscillation « isotrope ». / Seismics or Seismology are powerful tools to investigate Earth's crust. However, both rely on seismic waves that travelled through fluid-saturated sedimentary layers. This work, mainly experimental, aims at understanding the static and dynamic effects of the saturating fluid on the elastic response of clastic rocks.In this framework, two specific studies are emphasized:(i) the rock-fluid physico-chemical interaction, often addressed as the "shear weakening" effect, thought to affect the rock overall elastic response; and (ii) the rock-fluid mechanical interaction, addressed as "frequency effect", thought to induce a dependence of elastic properties to the measuring frequency.Two main rock types are investigated: Sandstone and Limestone. All rock samples are chosen to be isotropic and composed of a dominant mineral content, i.e. quartz for sandstone and calcite for limestone.

Dans le bassin d' Apt, la série détritique continentale paléocène-éocène est représentée par des sables colorés azoïques, "pro parte" conglomératiques : à la base, l'ensemble inférieur d'âge paléocène à éocène inférieur, vers le haut, l'ensemble supérieur d'âge éocène s.l. Les ensembles inférieur et supérieur montrent une évolution verticale nette des populations argileuses. A cette argilogenèse se superposent deux phases d'altération de surface, la première phase est silicifiante, la deuxième phase est calcitisante. L'alternance de ces transformations avec des phases de dépôts détritiques en contexte de réactivation tectonique a permis de définir des cycles sédimentation-encroutements qui s'installent à l' éocène moyen dans le sud-est de la France.

Au crétacé moyen, la fosse vocontienne (SE France) est le siège d'une sédimentation marneuse hémipélagique à fréquentes couches gravitaires. L'empilement sédimentaire est émaillé de nombreuses lacunes. Les surfaces de discontinuité sont caractérisées par la géométrie des dépots, les associations de traces fossiles et les nodules diagénétiques (calcaire, phosphates, barytiques). Trois cycles transgressifs-régressifs sont reconnus. Plusieurs intervalles présentant des couches noires, riches en matière organique S'individualisent. Les deux principaux, à l'Aptien inférieur élevé et à l'Albien inférieur-moyen, s'inscrivent dans les systèmes transgressifs. Ces ensembles constituent les témoins d'épisodes de déficience en oxygène dissous des eaux marines à l'échelle globale (OAE). Ils sont constitués de l'empilement de nombreuses séquences de haute fréquence ponctuées par des couches noires (alternant avec des couches homogènes ou bioturbees). Ces périodites présentent une discrète lamination, une faune benthique raréfiéee et sont modérément enrichies en matière organique (COT = 2%) d'origine algaire un peu altérée (IH = 200 MG HC/GCOT). Ces caractères indiquent une sédimentation en milieu généralement suboxique. Quelques niveaux sont distinguées par leur grande fissilité (schistes carton), leur parfaite lamination, l'absence de faune benthique, et une teneur substantielle en matière organique (COT > 2%, JUSQU'A 9%) de type algaire bien préservé (IH = 350 MG HC/GCOT, jusqu'à 800). leurs caractéristiques dénotent un dépot en milieu généralement anoxique, engendré par une stratification stable des eaux. Cependant l'hétérogénéité faciologique dans l'épaisseur de telles couches révèle des changements notables et à court terme dans les eaux de fond de l'anoxie à la suboxie, voire l'hypoxie, ainsi que dans les caractéristiques des eaux de surface. Elles constitutent des niveaux repères (N. Goguel, N. Paquier) pour le bassin vocontien, mais sont aussi reconnues en bien d'autres bassins. Elles représentent des horizons condensés résultant de pulsations transgressives majeures. Témoignant d'évènements anoxiques à grande échelle, ces black shales seraient consécutifs à des paroxysmes géodynamiques.

Ce travail de thèse est dédié à l'étude des liens génétiques existant entre les plis et les fractures formés dans la croûte terrestre superficielle, i.e., dans le domaine élastique/fragile. Ce problème est abordé à la fois d'un point de vue académique et dans la perspective d'une amélioration de l'exploration et de la production des réservoirs naturels (eau et hydrocarbures). <br />Les principaux résultats de ce travail sont les suivants :<br />- Une classification originale des relations entre plis et fractures est établie sur la base d'études comparatives de terrain. La cinématique et les origines mécaniques des différentes associations observées sont discutées, ainsi que de possibles implications au niveau de la dynamique dans les réservoirs plissés fracturés sont proposées.<br />- Le rôle prédominant de zones de fractures appelées articulations sur l'accommodation de la courbure des plis est démontré par de nombreuses études de terrain. Une typologie de ces zones de fractures est proposée sur la base d'exemples naturels et leur origine mécanique est discutée. L'origine mécanique de ces articulations est précisée dans une étude expérimentale. On utilise des multicouches de paraffine cassante, sollicités dans un dispositif de chargement original. Ce dispositif permet une étude paramétrique des conditions de chargement et de la structure du multicouche, tout en autorisant l'observation en continu de la déformation. Les paramètres les plus importants contrôlant la distribution des articulations et leur évolution géométrique sont la pression de confinement et la friction interfaciale dans le multicouche.<br />- On présente en outre une étude de cas intégrant l'ensemble des résultats et des concepts. Il s'agit de l'anticlinal de la Montagna della Majella (Italie), qui représente un analogue de réservoir plissé/fracturé.<br />- Des implications des résultats précédents aux problèmes des écoulements dans les réservoirs sont discutées.

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.