Une étude associant des mesures structurales par ASM, un levé gravimétrique et de nouvelles datations 40Ar/39Ar a été menée sur trois massifs granitiques du Sud-Est du Massif Central : les plutons de la Margeride, du Mont-Lozère – Borne et de l'Aigoual – Saint-Guiral – Liron. Les trois massifs, sub-contemporains, se sont mis en place autour de 305-310 Ma. Pour les trois plutons, les microstructures sont majoritairement de type magmatique ou acquises lors d'une déformation à l'état solide à haute température. Les linéations magnétiques, essentiellement NW-SE à E-W subhorizontales, reflètent la déformation régionale extensive tardi-hercynienne post-collisionnelle. Localement, comme dans les dykes microgranitiques au Nord de l'Aigoual, les fabriques ASM ont, au contraire, enregistré l'écoulement du magma. A partir de la combinaison des données gravimétriques, existantes ou nouvellement acquises, et ASM, des modèles de mise en place sont proposés pour chacun des trois plutons.

La chaîne hercynienne française résulte de la collision continentale entre le Gondwana au Sud et la Laurussia au Nord. Le Massif Central constitue un fragment méridional de la chaîne dans lequel l'agencement structural indique un développement polycyclique. La lithologie est composée de micaschistes de l'Unité Para-autochtone, de Gneiss para et orthodérivés de l'Unité Inférieure, des Gneiss de l'Unité Supérieure et l'Unité de Thiviers-Payzac composée de métagrauwacke, de rhyolites et de quartzite. La chaîne comporte des migmatites et des granitoïdes qui ont été datés par la méthode de datation ponctuelle de monazite à la sonde électronique pour situer l'anatexie dans son contexte dynamique. Le caractère ponctuel des datations (point de ~2 µm de diamètre) permet de mettre en évidence plusieurs événements enregistrés sur un grain unique et éviter les problèmes de mélange rencontrés avec d'autres méthodes de datation. Trois événements thermiques sont identifiés : un évènement entre 385 et 375 Ma, un autre autour de 330 et 325 Ma et un dernier vers 310 et 290 Ma. Ils sont contrôlés par l'épaississement et le des-épaississement crustal et des injections asthénosphériques.

La microstructure d'une roche sédimentaire, y compris lorsque celle-ci n'a pas subi de déformation tectonique, présente toujours une ou plusieurs caractéristiques anisotropes liées à la forme, l'orientation préférentielle ou l'arrangement de ses éléments constitutifs. Du fait des conséquences qu'ont ces anisotropies sur des propriétés physiques telles que les propriétés de transport ou la déformabilité, comme de l'histoire géologique qu'elles recellent, leur étude a constitué l'objet de nombreux travaux. Dans ce travail, les microstructures de roches présentant des degrés de déformation variés ont été analysées par examen direct (microscopie) et à travers différentes mesures de propriétés physiques réalisées en laboratoire (vitesse de propagation d'onde P ultrasonique, susceptibilité magnétique, conductivité électrique). Tous les échantillons étudiés ont présenté un comportement anisotrope vis-à-vis des propriétés mesurées. Faisant l'hypothèse que les vitesses d'onde P peuvent être représentées par un tenseur symétrique de rang 2, nous leur avons appliqué la même procédure d'inversion que celle qui est utilisée en routine pour traiter les données de susceptibilité magnétique. Cette méthode s'est avérée être un outil efficace d'estimation<br />spatiale des anisotropies acoustiques. Dans chaque cas, nous avons tenté d'attribuer aux anisotropies mesurées une origine microstructurale, d'abord en utilisant des modèles élastiques, puis par analyse des microstructures.<br />Parmi les roches étudiées, il a été mis en évidence un contrôle des anisotropies par un allongement préférentiel<br />des pores, par une anisotropie de distribution des contacts intergranulaires, par l'orientation préférentielle d'un<br />réseau de fissures interagissant avec un terme de compaction ou par une composition entre plans de microschistosit<br />é. Le résultat principal de ce travail est le fait que les anisotropies de vitesse d'onde P ultrasonique peuvent<br />exprimer la composition d'anisotropies présentes à l'échelle microstructurale, ainsi que leur évolution au cours<br />de la déformation.

Depuis les travaux de Le Borgne dans les années 1950, l'étude des propriétés magnétiques des sols a montré qu'elle pouvait non seulement rendre compte de la structure du sous-sol en mettant en oeuvre des méthodes de prospection, mais aussi permettre d'identifier certains processus pédologiques ou anthropiques affectant le comportement des différents horizons d'un sol. Notre étude s'inscrit dans la continuité de ces travaux : il s'agit d'utiliser les propriétés magnétiques des sols afin de mieux caractériser les processus culturels auxquels ils ont été soumis, aussi appelés anthropisation. Nous avons pour cela étudié d'une part des sites " non anthropisés " et d'autre part des sites archéologiques, situés pour quatre d'entre eux en France, contre un en Bavière. Les études en laboratoire ont été autant que possible complétées par des mesures sur le terrain. Elles ont porté sur des mesures transposables en prospection (susceptibilité et viscosité magnétiques, par dépendance fréquentielle ou dans le domaine temporel), comme sur des mesures réalisables uniquement en laboratoire (taux de conversion par rapport à une susceptibilité maximale, courbes thermomagnétiques et cycles d'hystérésis). Les analyses chimiques comprennent la mesure du taux de carbone et de matière organiques, de phosphates et de fer, ainsi que des analyses au MEB et à la microsonde électronique. Notre travail a permis une catégorisation en trois classes différentes pour les modifications du signal magnétique des sols: (i) une classe " horizon A " dominée par l'activité bactérienne, caractérisée par un pic à 500°C sur les courbes thermomagnétiques, une viscosité relative assez élevée et un taux de conversion relativement faible; (ii) une classe " sols chauffés " où la chauffe induit une absence de pic à 500°C, une forte susceptibilité et viscosité, et un taux de conversion relativement fort; (iii) une classe " résidus métallurgiques du fer " où, si les valeurs de susceptibilité peuvent être très élevées, la viscosité relative est très faible.

L'ensemble des travaux rassemblés dans ce mémoire constitue un essai de caractérisation des effets de la déformation interne sur l'aimantation rémanente des roches. Bien que le champ des investigations paléomagnétiques ait été récemment étendu aux zones déformées des plaques continentales, de tels effets sont actuellement mal connus . L'étude détaillée des relations entre aimantation et déformation interne apparait par conséquent nécessaire, dans le cadre du développement des méthodologies du paléomagnétisme en zone orogénique. Les principaux résultats obtenus sont les suivants : - L'étude de la déformation interne, de l'anisotropie de susceptibilité magnétique (AMS) et du paléomagnétisme du granite de Flamanville (Normandie, France), montre que la déformation, liée à la mise en place du granite, contrôle le développement d'une forte fabrique magnétique. L'AMS, due à une orientation préférentielle de grains allongés de magnétite polydomaine, est accompagnée par une anisotropie d'acquisition de l'aimantation ther morémanente (ATR) du matériau déformé. Une relation quadratique simple a été établie entre ces 2 tenseurs. Cette relation, vérifiée par des tests expérimentaux, a été appliquée au cas du granite de Flamanville : le tenseur inverse d'anisotropie d'ATR, estimé par la mesure de l'AMS, permet de corriger les déviations de l'ATR, et de déterminer une direction de champ magnétique fiable. Le problème des effets d'une déformation , interne postérieure à l'acquisition d'une aimantation a été abordé par le biais de simulations analogiques et numériques, et d'études paléomagnétiques de 3 formations rouges déformées (Alpes-Maritimes, Pyrénées, Bretagne). Il est montré que la rotation des porteurs magnétiques, induite par la déformation interne, et traduite par le développement de fabriques cristallographiques et magnétiques, produit une rotation de l'aimantation rémanente (à l'échelle du spécimen mesurable) depuis sa direction initiale vers le plan d'aplatissement de la déformation. A partir de cette description, l'évolution de populations de vecteurs a l'échelle d'un site de déformation homogène peut être prédite, en fonction des relations angulaires entre direction moyenne initiale de l'aimantation et directions principales de déformation. A l'échelle de la série plissée, la modification des relations angulaires aimantation/plan de stratification induit des anomalies de comportement vis-à-vis du test de pli . - Il est finalement montré que les déviations de l'aimantation, dans les modèles et dans les séries rouges étudiées, sont proches des déviations de lignes matérielles suivant le modèle de March (1932). Il apparait donc possible d'effectuer une déformation inverse de l'aimantation, dans le but de déterminer la direction d'aimantation antétectonique à l'état non déformé. Bien que tous les problèmes posés par la déformation interne en paléomagnétisme ne soient pas résolus, l'aspect positif des résultats obtenus ici permet d'envisager l'extension des investigations paléomagnétiques vers les zones modérément déformées des chaines de montagnes .

Les procédés de dépôts en couche épaisses, que l'on retrouve dans la mise en oeuvre des systèmes de communications et de détections, sont à l'origine de l'intérêt croissant pour les matériaux magnétiques composites. Ces matériaux sont obtenus par mélange, en proportions variables, d'une ou plusieurs poudres magnétiques choisies en fonction de leurs propriétés originales et de poudres non magnétiques. Ce travail est une étude fondamentale des propriétés magnétiques des matériaux composites, et a pour but la modélisation de leur susceptibilité magnétique en champ faible. Le modèle que nous proposons pour décrire les propriétés magnétiques de ces matériaux composites est issu, comme la majorité des lois de mélanges, d'une théorie de champ moyen. L'intérêt de ce modèle est de présenter une forme analytique compacte qui ne fait intervenir qu'un nombre restreint de paramètres dont le sens physique a été défini dans cette étude. Le premier paramètre est la susceptibilité intrinsèque Xi, liée aux propriétés magnétiques des constituants du mélange. L'étude expérimentale, menée sur des composites à base de poudre de ferrites, a permis de montrer que l'aimantation de ces matériaux composites se fait principalement par rotation des moments ce qui nous a conduit à identifier Xi à la susceptibilité rotationnelle de la poudre magnétique utilisée. Le second paramètre intervenant dans notre modèle est le coefficient effectif de forme N, lié au caractère dispersé de la matière. Il tient compte de manière globale de l'ensemble des interactions qui dépendent à la fois de la forme des particules et de leurs arrangements sous forme d'agrégats. L'aptitude du modèle à prédire les comportements de la susceptibilité magnétique des matériaux composites a été vérifiée de façon expérimentale du domaine statique jusqu'aux hyperfréquences.

Le but de ce travail a été de réaliser des études téphrostratigraphiques sur des environnements sédimentaires variés dans le but de définir, dans un premier temps, le degré d'efficacité des techniques de détection des téphras classiquement utilisées. Le travail d'analyse des cendres volcaniques a tout d'abord été ciblé sur des téphras clés et anciennement étudiés sur des sites reconnus, en Belgique et dans le Massif du Jura, dans le but d'actualiser des données avec les techniques d'analyses performantes actuelles. Le travail a ensuite été étendu à des sites de l'Est du Massif Central, dont le potentiel téphrostratigraphique n'avait jamais été exploité, offrant ainsi la possibilité de s'assurer sans ambiguïté de la source de cryptotéphras repérés dans le Jura et en Suisse, dont l'origine était incertaine. Ce travail d'échantillonnage a été réalisé dans des milieux lœssiques, carbonatés et tourbeux permettant également de discuter des conditions de conservation des dépôts volcaniques et de leurs constituants. Les études téphro-chrono-stratigraphiques s'inscrivent fréquemment dans une réflexion sur l'impact écologique et environnemental des éruptions volcaniques. Un nombre croissant d'études tendent à montrer un impact écologique des téphras, en étant la cause de bloom de diatomées. Ce travail de thèse a permis de discuter de cet aspect environnemental qui a été mené dans le Jura, dans un environnement défavorable à la préservation des diatomées. / The challenge of this work was to carry out several tephrostratigraphic studies in various sedimentary environments in order to test the efficiency of classical detection methods of tephra layers. First, analysis has been focused on tephra keys, previously studied in known sites, in Belgium and in the Jura Mountains, in order to update data with current analytical techniques. This work was later expanded to sites from eastern French Massif Central, an area with unexploited tephrostratigraphic potential, which offers the possibility to precise the source of cryptotephras identified in the Jura and Switzerland whose origin was uncertain. This work has been carried out in tephras sampled in loess, carbonate maris and peat allowing to discuss conservation conditions of volcanic deposits. Sorne tephro-chrono-stratigraphic studies show ecological and environmental impacts of volcanic deposits in lakes and peatlands, such as diatom blooms. This thesis allows to discuss this environmental aspect in carbonate maris, i.e. an unfavorable environment for preservation of diatoms.

Un des enjeux majeurs dans le domaine du magnétisme moléculaire est de mieux comprendre et prévoir, dans les composés à base moléculaire, les corrélations qui existent entre les propriétés structurales (modulables à partir de méthodes de synthèse de type « bottom-up ») et les propriétés magnétiques. En particulier, la compréhension et la maîtrise de l’anisotropie magnétique à l’échelle locale est primordiale, notamment en vue de concevoir des molécules-aimants avec de plus hautes températures de blocage. Dans ce contexte, ce travail de thèse s’organise autour de deux grands axes. La première partie se concentre sur la détermination et la caractérisation de l’anisotropie magnétique locale dans des complexes moléculaires d’ions de transition de faible nucléarité. La diffraction de neutrons polarisés (PND) nous a permis, pour la première fois, de mettre clairement en évidence le tenseur de susceptibilité magnétique locale dans un complexe moléculaire mononucléaire de Fe3+ Bas-Spin ainsi que dans deux complexes, mononucléaire et dinucléaire, de Co2+ Haut-Spin. Cette approche novatrice mène à l’établissement de relations magnéto-structurales claires et directes, en reliant les directions magnétiques locales propres à l’environnement de coordination des ions métalliques et en particulier aux axes locaux de distorsion. Nous avons également mené l’étude originale d’un complexe à transition de spin thermo-induite de Mn3+ par diffusion inélastique de neutrons (INS) dans les deux phases Haut-Spin (HS) et Bas-Spin (BS). Cette étude nous a conduits à la proposition d’un modèle d’hamiltonien de spin anisotrope dans les deux états HS et BS, en relation avec la structure du complexe. Dans une seconde partie plus exploratoire de la thèse, nous avons mené une étude complète des propriétés structurales et magnétiques de nanoparticules ferromagnétiques d’analogue du bleu de Prusse CsNiCr, par diffusion de neutrons aux petits angles (SANS). Les effets de taille, d’organisation et de concentration sur leurs propriétés superparamagnétiques ont ainsi été clairement mis en évidence. En particulier, nous avons mis en exergue, pour les particules de plus petite taille (5 nm de diamètre), une contribution magnétique qui résulte de la manifestation d’un phénomène collectif, tandis que celles de plus grande taille (28 nm de diamètre) apparaissent être dans un état complètement multidomaine. / One of the major issues in the field of molecular magnetism is to better understand and predict the correlations between the structural properties of molecule-based compounds and their magnetic properties, all of which may be tunable using “bottom-up” synthesis methods. In particular, the understanding and control of the magnetic anisotropy at the atomic scale is essential, especially with the aim to design Single-Molecule Magnets (SMM) with higher blocking temperatures. In this context, this thesis work is focused on two mains subjects. The first part deals with the determination and the characterization of the local magnetic anisotropy in low-nuclearity molecular complexes based on transition ions. Polarised neutron diffraction (PND) allows us, for the first time, to directly access the local susceptibility tensor in a Low-Spin Fe3+ mononuclear complex as well as in two, mononuclear and dinuclear, High-Spin Co2+ complexes. This innovative approach leads to the establishment of unique and direct magneto-structural correlations, by relating the local magnetic principal directions with the coordination environment of the metallic ions and, in particular, with the local distortion axes. We have also carried out an original investigation by inelastic neutron scattering (INS) of a Mn3+ thermo-induced spin-transition compound in both High-Spin (HS) and Low-Spin (LS) states. On the basis of this study, we were able to propose an anisotropic spin-Hamiltonian model in both HS and LS phases, and their relationships with the structure of the molecule are discussed. In a second more exploratory part of the thesis, we have carried out by small-angle neutron scattering (SANS) a complete study of the structural and magnetic properties of Prussian blue analogues (PBA) ferromagnetic nanoparticles CsNiCr. The effects of size, organization and concentration on their superparamagnetic properties have been clearly highlighted. In particular, a strong magnetic contribution has been observed for the smallest particles (5 nm diameter) which results from the manifestation of a collective process, while the biggest (28 nm diameter) appear to be in a multi-domain state.

Le manuscrit suivant porte sur le développement d’une méthodologie de cartographie de la susceptibilité magnétique. Cette méthodologie a été appliquée au niveau des seins à des fins de détection de microcalcifications. Afin de valider ces algorithmes, un fantôme numérique ainsi qu’un fantôme réel ont été créés. À l’aide de ces images, les paramètres modifiables de notre méthodologie ont été ajustés. Par la suite, les problèmes reliés à l’imagerie du sein ont été explorés, tel la présence de gras ainsi que la proximité des poumons. Finalement, des images in vivo, acquises à 1.5 et 7.0 Tesla ont été analysées par notre méthodologie. Sur ces images 1.5T, nous avons réussi à observer la présence de microcalcifications. D’un autre côté, les images 7.0T nous ont permis de présenter un meilleur contraste que les images standards de magnitude. / The following manuscript is about the development of a methodology called quantitative susceptibility mapping. This methodology was applied to the breast with the purpose of detecting microcalcifications. To validate these algorithms, a digital phantom and a water phantom were created. Using these images, adjustable parameters were adjusted on our methodology. Thereafter, problems related to breast imaging, like the presence of fat and the proximity of the lungs, were explored. Finally, in vivo images, acquired at 1.5 and 7.0 Tesla were analyzed by our methodology. On these 1.5T images, we successfully observed the presence of microcalcifications. On the other hand, the 7.0T images allowed us to provide a better contrast than the standard magnitude images.

Une calibration orbitale du Valanginien et d’une partie de l’Hauterivien (Crétacé inférieur) est présentée au cours de ce travail. Celles-ci sont basées sur l’identification des cycles de l’excentricité à partir d’analyses spectrales menées sur des proxies climatiques mesurés à haute résolution sur des alternances marne/calcaire hémipélagiques.Cinq coupes de référence sont analysées dans le Bassin Vocontien (Sud-Est de la France), couvrant l’ensemble de l’étage du Valanginien. Une durée de 5,08 Ma est proposée pour cet étage à partir de l’identification du cycle de l’excentricité de 405 ka. Le cadre temporel proposé, combiné aux âges radioisotopiques disponibles, montre que la perturbation en 13C du Valanginien moyen (événement Weissert) est antérieure à la mise en place des trapps du Paraná-Etendeka. La forte expression de l’obliquité dans la partie supérieure du Valanginien pourrait refléter la mise en place de calottes polaires de faible extension.La transition Hauterivien-Barrémien de Río Argos (Sud-Est de l’Espagne) est traitée par une analyse multi-proxies (cortèges argileux et susceptibilité magnétique ou SM). Par comparaison avec les bancs calcaires, les interbancs marneux sont enrichis en kaolinite et en illite, appauvries en smectite et possèdent de fortes valeurs de SM. Cela reflète des conditions tropicales humides lors du dépôt des marnes tandis que les calcaires se déposent en climat semi-aride. Les durées des zones d’ammonite à P. ohmi et à T. hugii sont respectivement estimées à 0,78 Ma et 0,54 Ma. L’événement anoxique Faraoni a une durée comprise entre 100 et 150 ka. Par corrélation avec d’autres coupes, Río Argos apparaît être le meilleur candidat GSSP / Orbital floating time scales are proposed for the Valanginian Stage and part of the Hauterivian Stage (Early Cretaceous). These are based on the identification of the eccentricity cycles from spectral analyses performed on high-resolution climatic proxies measured on hemipelagic marl-limestone alternations. Five reference sections were analysed in the Vocontian Basin (SE France), spanning the entire Valanginian. A duration of 5,08 myr is proposed for the Valanginian Stage from the identification of the 405-kyr eccentricity cycle. The time frame proposed, combined with available radiometric ages, shows that the mid-Valanginian 13C positive excursion (namely the Weissert Event) occurs prior to the onset of the Paraná-Etendeka traps. The stronger expression of the obliquity cycles in the upper part of the Valanginian Stage may be caused by the onset of low-extension polar ice. The Hauterivian-Barremian transition of the Río Argos section (SE Spain) was studied by a multi-proxies analysis (clay minerals, magnetic susceptibility or MS). Compared to limestone beds, marl interbeds are enriched in kaolinite and illite, impoverished in smectite and show stronger MS values. This reflect tropical humid conditions during marl deposits while limestone were deposited under semi arid conditions. The durations of the P. ohmi and T. hugii ammonite zones are assessed at 0.78 myr and 0.54 myr, respectively. The duration of the Faraoni anoxic event ranges from 100 to 150 kyr. By correlation with other sections, the Río Argos section appears to be the most valuable candidate for GSSP.