Le travail présenté dans ce mémoire vient clore une série de thèses soutenues ces dix dernières années, couplant le magnétisme des roches à l'analyse structurale afin de comprendre, à différentes échelles, la déformation dans les zones de chevauchement plissement. L'outil magnétique le plus employé, l'anisotropie de susceptibilité magnétique (ASM), est utilisé en Sciences de la Terre depuis 1966 (Graham), et s'est révélé être un bon marqueur de la déformation, donc très utile pour palier l'absence de marqueurs microtectoniques dans les zones faiblement déformées (Kissel, 1986).

Cette succession de thèses fût initiée par Dominique Frizon de Lamotte et Catherine Kissel dans le cadre d'une collaboration entre l'Université Paris-Sud et le Centre des Faibles Radioactivités (CNRS-CEA). Elle commence par une étude de la déformation interne dans les structures de chevauchement-plissement menée par Olivier Averbuch (1993) dans les Corbières, l'Appenin Central et le Taurus occidental, puis par l'étude des déformations et des transformations minérales dans le domaine de l'épimétamorphisme menée par Philippe Robion (1995) dans le massif de Rocroi. Elle s'est poursuivie à l'Université de Cergy-Pontoise par des études régionales dans le Zagros Oriental (Bakhtari, 1998), sur le Front Sud Atlasique dans la région de Goulmina (Saint-Bézar, 1999), et sur une comparaison de la déformation entre le Minervois (front Nord-Pyrénéen) et le Potwar (front Himalayen, Pakistan) (Grelaud, 2001).

Ces dernières études ont été menées sur des carbonates ou des grès faiblement déformés. L'ensemble des fabriques d'anisotropie de susceptibilité magnétique permettent de retrouver des directions de raccourcissement en accord avec les directions attendues régionalement et avec les marqueurs microtectoniques lorsque la déformation est suffisamment importante pour être macroscopiquement visible. Néanmoins, certains sites observés dans la région de Goulmina (Maroc) présentent une linéation magnétique perpendiculaire à l'axe du pli, alors que celle-ci est théoriquement perpendiculaire à la direction de raccourcissement. Saint-Bézar et al. (2002) relient ceci au développement de fentes selon cette direction. Par ailleurs, des linéations parallèles au transport avaient déjà été observées par Aubourg (1990, 1999), reliées cette fois a une direction de cisaillement simple à proximité d'un plan de détachement. Enfin, il est connu depuis O'Reilly (1984) et Rochette (1988) que différentes minéralogies ont des propriétés magnétiques se traduisant par des inversions d'axes des fabriques magnétiques.

Ces différentes interprétations possibles d'un même signal magnétique interrogent sur l'utilité de telles données, d'autant que des investigations poussées sur l'origine du signal magnétique ne sont généralement effectuées que lorsque les résultats obtenus diffèrent des résultats attendus. Ceci se traduit actuellement par de nombreuses publications méthodologiques visant à comprendre les origines complexes des anisotropies magnétiques, autant dans les roches sédimentaires que dans les roches magmatiques (Borradaile & Henry, 1997 ; Borradaile, 2001 ; Callot et al., 2001…).
Dans ce contexte, nous proposons ici un retour aux structures de chevauchement-plissement des Corbières, et plus particulièrement aux chaînons de Lagrasse et des Chaudrons. En effet, la région de Lagrasse, particulièrement riche en marqueurs structuraux de tous types et, d'une certaine façon, "sur-étudiée" est apparue comme le terrain idéal pour convaincre de la pertinence et de l'utilité du magnétisme structural dans les ceintures de chevauchement-plissement.

Après avoir introduit les différents outils de magnétisme des roches basés sur les aimantations rémanente et induite, nous verrons dans un second chapitre quelle est l'expression de la déformation dans le signal magnétique, et ce dans différentes positions structurales.
Nous commencerons par un site peu perturbé au niveau du palier subhorizontal du pli de Lagrasse où deux directions de raccourcissement successives ont été enregistrées par la microtectonique, nous verrons l'effet du polyphasage de la déformation sur cet enregistrement. Puis nous observerons un second type de polyphasage de la déformation dans le pli des Chaudrons, puisque les roches ont subi tout d'abord un raccourcissement parallèle au couche, puis une seconde déformation lors de leur incorporation dans le pli. Enfin, nous verrons un site, à proximité d'un chevauchement principal, où le signal est totalement perturbé par le cisaillement postérieur au raccourcissement parallèle aux couches. Forts de ces exemples, l'anisotropie de susceptibilité magnétique, couplée à une étude microtectonique nous permettra d'étudier en détails la mise en place des écailles du duplex hectométrique de La Cagalière. Nous décrirons ainsi pour la première fois le blocage latéral de la propagation d'une rampe, ce qui nous conduira à une nouvelle interprétation du pli de Lagrasse.
Enfin le troisième chapitre sera un chapitre plus méthodologique où nous verrons comment dans des zones proches des chevauchements, où le signal est perturbé par un événement ultérieur au raccourcissement parallèle aux couches, il est possible par un protocole de chauffe des échantillons, de remonter au signal précoce.
Nous conclurons sur l'ensemble des résultats présentés, faisant naturellement appel à de nouvelles investigations.

CHAPITRE I : INTRODUCTION : OUTILS MAGNETIQUES
(pdf- 1,1Mo)

I. LE COMPORTEMENT MAGNETIQUES DES MINERAUX
A. L’aimantation rémanente
1. L’enregistrement à l’échelle atomique
2. L’enregistrement de l’aimantation à l’échelle du grain
2.1. Structure de l’aimantation
2.2. Origine de la rémanence
2.3. Variation de la rémanence avec la taille de grains
3. Les paramètres d’étude de l’aimantation rémanente
3.1. Effet du temps (t)
3.2. Effet de la température (T)
3.3. Effet de l’application d’un champ (H)
3.4. Diagramme de Néel
B. L’aimantation induite : la susceptibilité magnétique
C. Minéralogie magnétique
1. Principaux minéraux dia- et paramagnétiques
1.1. Les minéraux diamagnétiques
1.2. Les minéraux paramagnétiques
2. Principaux minéraux ferromagnétiques (au sens large)
2.1. Les oxydes de fer et de titane
2.2. Les hydroxydes
2.3. Les sulfures
3. Méthodes d’identification des minéraux ferromagnétiques
3.1. La désaimantation 3-axes
3.2. Les courbes thermomagnétiques
3.3. Les cycles d’hystérésis

II. ETUDE DU MAGNETISME DES ROCHES
A. Le paléomagnétisme : étude des aimantations rémanentes naturelles
1. Différents types d’aimantations rémanentes naturelles à l’échelle de l’échantillon
2. Principe
2.1. Analyse des composantes naturelles portées par un échantillon
2.2. Statistique sur N échantillons
2.3. Signification géologique des composantes isolées
B. Les anisotropies magnétiques
1. Origine de l’anisotropie à l’échelle de l’échantillon
2. Principe des anisotropies magnétiques
3. ASM ou AARA?
4. Fabrique magnétique
4.1. Définition de la fabrique magnétique
4.2. Fabrique magnétique et déformation des roches sédimentaires
4.3 Utilisation de l’ASM

CHAPITRE 2 : LA FABRIQUE MAGNETIQUE, OUTIL STRUCTURAL : EXEMPLES D’UTILISATION
(pdf- 3,7Mo)

I. CONTEXTE GEOLOGIQUE DE L’ETUDE
A. Un bref aperçu sur la chaîne Pyrénéenne
1. Structures héritées de la tectonique tardi-hercynienne
2. Extension Mésozoïque
3. Tectogenèse Campanien supérieur - Oligocène inférieur
4. Rifting Oligo-Aquitanien
5. Conclusion
B. La zone de transfert Corbières-Minervois
1. Couverture sédimentaire
2. Domaines de déformation
2.1. le complexe allochtone mésozoïque de la Nappe des Corbières
2.2. les unités parautochtones
2.3. les unités autochtones
C. Présentation du domaine étudié : historique des recherches

II. FABRIQUE MAGNETIQUE ET TECTONIQUES POLYPHASEES
A. Généralités sur le caractère précoce de la fabrique magnétique, exceptions
1. article 1 : Early record of magnetic fabric during inversion of a sedimentary basin :
examples from the Corbières-Minervois transfer zone (France)[article sous presse au Bull.
Soc. Geol. France, 2002, t.173, n°5, p.65-73]
2. Compléments à l’article : quelques mésostructures au mur du pli de Lagrasse
B. Un cas de basculement passif d’une fabrique précoce : le pli des Chaudrons
C. Un cas de fabrique tectonique révélé par chauffage

III. LA FABRIQUE MAGNETIQUE DANS UNE STRUCTURE COMPLEXE : LE DUPLEX DE LA CAGALIERE
A. Rappel sur la notion de duplex
B. Article 2 : Origin of duplex development at the lateral tip of a thrust fault : the “La Cagalière”
example (NE Pyrenees, France)”
C. Compléments : Le paléomagnétisme
1. Localisation des sites
2. Analyse des composantes
3. Signification de la composante haute température
3.1. Au niveau du pli dysharmonique
3.2. L’écaille supérieure (cap 17)
3.3. L’ensemble des sites du duplex

CHAPITRE III : L’EFFET DE LA CHAUFFE SUR LES FABRIQUES MAGNETIQUES "ANORMALES"
(pdf- 1,5Mo)

I. DONNEES AARA/ASM DU SITE SPARNACIEN A LA TERMINAISON OUEST DU PLI
A. Article 3 : Cryptic magnetic fabric of tectonic origin revealed by heating of sedimentary
samples from the Corbières, France.[article sous presse à Phys. Chem. earth., 2002, 27/25
31, p.1253-1262]
B. Compléments sur la minéralogie magnétique
1. Cycles d’Hystérésis
2. Bilan
C. Compléments sur les fabriques
1. Fabrique des minéraux créés pendant la chauffe
2. Discussion
D. Observations microscopiques

II. DONNEES ASM/AARA DES CALCAIRES D’AGE ILERDIEN
A. Minéralogie magnétique : Porteurs des aimantations rémanente et induite avant et après
chauffe
1. Désaimantation 3 axes
2. Cycles d’hystérésis
3. Courbes thermomagnétiques, k = f(T)
4. Suivi de la susceptibilité magnétique moyenne entre chauffes successives
5. Observations MEB
6. Synthèse des données
B. Fabriques magnétiques
1. Description des fabriques ASM et AARA
1.1. CAP 15
1.2. CAP 16
2. Discussion
2.1. Composition de fabriques
2.2. Passage d’une fabrique à l’autre en cours de chauffe
2.3. Dispersion de l’ASM au delà de 500°C

III. CONCLUSIONS

Nous développons ci-dessous de façon synthétique les principaux résultats de ce travail ainsi que les perspectives qu'il ouvre.

L'ANISOTROPIE MAGNETIQUE ET LA COMPOSITION DE FABRIQUES

L'anisotropie de susceptibilité magnétique (ASM) est un outil bien adapté aux études de roches sédimentaires peu déformées où elle permet d'obtenir des informations sur les déformations subies par la roche même si celles-ci ne sont pas visibles macroscopiquement. Sous une apparente simplicité liée à la rapidité de sa mesure, l'ASM est un signal magnétique complexe qui nécessite des études parallèles afin de le comprendre et d'en sortir les interprétations adaptées.
Dans cette étude sur les calcaires éocènes des Corbières, l'analyse couplée des anisotropies de susceptibilité magnétique (ASM) et de rémanence (AARA) permet de révéler dans une même roche la présence de deux fabriques magnétiques distinctes, l'une précoce correspondant au raccourcissement parallèle aux couches (LPS), l'autre tardive liée à une altération du signal par cristallisation de minéraux ferromagnétiques ici surtout dans les microfractures du quartz. Cette fabrique secondaire apparaît régulièrement dans l'AARA basse coercivité et est donc liée à des minéraux ferromagnétiques de basse coercivité. Il n'y a qu'à proximité des chevauchements principaux qu'elle est suffisamment bien marquée pour toucher significativement l'ASM. Ceci suggère un lien avec les circulations de fluides. Néanmoins, il semble que l'ensemble des fabriques magnétiques obtenues sont des compositions de ces deux fabriques dans des proportions variables.

UTILISATION DU TRAITEMENT THERMIQUE ET PRECOCITE DE L'ASM

Dans tomus les cas de figure, un traitement thermique des échantillons permet, par recristallisation en cours de chauffe de magnétites et titanomagnétites dans les plans stylolithiques et dans la matrice argileuse, de renforcer la fabrique primaire. La fabrique secondaire devenant négligeable, l'ASM tout comme les AARA partielles ne montrent après chauffe que la fabrique précoce utile aux interprétations structurales. Ceci nous a permis de décrypter dans les écailles du duplex de la Cagalière, très perturbées par des recristallisations tardives, une fabrique précoce cohérente avec les observations microtectoniques.
Par ailleurs, nous avons pu voir sur d'autres sites que la fabrique précoce, correspondant au raccourcissement parallèle aux couches, n'est pas modifiée par les phases ultérieures de la déformation, qu'elles soient imposées par un changement de cinématique régionale (exemple du pont de Ribaute) ou par le passage des couches dans le flanc avant d'un pli (exemple du pli des Chaudrons). En effet, la première direction de raccourcissement va tout d'abord se traduire par une réorientation des grains, pression-dissolution et déformation interne, et mène généralement à une rupture en failles inverses conjuguées lorsque la contrainte critique de rupture est atteinte. La fabrique précoce est enregistrée avant fracturation de la roche et se comporte ensuite comme un "marqueur" passif, l'essentiel du raccourcissement s'accommodant alors par le jeu sur les plans de failles créés. Ces observations nous ont conduit à des interprétations des fabriques magnétiques du duplex de la Cagalière en termes de rotation des écailles autour d'un axe vertical lors de leur mise en place, rotations qui malheureusement n'ont pas pu être identifiées par les données paléomagnétiques qui n'enregistrent qu'une composante syn- ou post-plissement.

LA SIGNIFICATION DE L'ASM AVANT TRAITEMENT THERMIQUE

La fabrique ASM avant chauffe, quant à elle, est le résultat d'une composition de fabriques. Elle est en général dominée par la fabrique primaire, et dans ce cas les fabriques avant et après chauffe sont similaires. Lorsque celles-ci sont différentes, l'ASM avant chauffe est difficilement interprétable puisqu'il ne nous est pas possible de déterminer la proportion des fabriques la constituant.
Cette fabrique magnétique est toutefois bien définie et a probablement une signification structurale dans ce contexte tectonique polyphasé. L'AARI ou l'AARA basse coercivité (0-30 mT), soustrayant la composante précoce portée par les minéraux para et dia-magnétiques, peuvent permettre d'approcher la fabrique magnétique secondaire et il est nécessaire maintenant d'en faire une étude sur de nombreux sites pour voir s'il est possible de la corréler avec les microstructures et des observations macroscopiques. Dans l'état actuel de cette étude, une première possibilité peut être envisagée grâce à l'observation des lames minces au MEB. En effet, celle-ci a permis d'identifier, dans des microfractures du quartz, des minéraux présentant un allongement cohérent avec les orientations des axes principaux des fabriques secondaires. Ces microfractures pourraient être liées à la seconde phase de raccourcissement, non coaxiale de la première, et qui, macroscopiquement, est responsable de nouveaux plans de faille. L'accommodation, avant fracturation, de la déformation à l'échelle microscopique peut être différente dans cette roche déjà compacte, où la fracturation est certainement facilitée par une certaine pression de fluides. La pétrofabrique n'est, elle, pas modifiée. Il reste à comprendre dans quelles conditions de telles microfractures peuvent être initiées dans des minéraux qui ne présentent pas de plans cristallographiques préférentiels.

ASPECT METHODOLOGIQUE ET PRECAUTIONS

Lors des études du magnétisme structural à grande échelle, la quantité de sites d'échantillonnage permet de lisser les variations de fabrique que nous avons pu voir dans cette étude à l'échelle du pli. En se calant par ailleurs sur des marqueurs structuraux régionaux, l'ASM permet alors des interprétations géodynamiques (Baktari, 1988...). Au vu de cette étude, il apparaît cependant que des précautions doivent être prises lors de l'échantillonnage quant à la position des sites par rapport aux accidents principaux. Lors des études à échelle plus réduite, si l'ASM et l'AARA révèlent une composition de fabriques, le protocole de traitement thermique présenté dans ce manuscrit est une méthode efficace pour renforcer sélectivement l'une des deux composantes. La première composante tectonique étant celle qui dans l'histoire de la roche engendre le maximum de déformation interne, c'est celle-ci qui est renforcée par croissance mimétique des grains dans la matrice argileuse et dans les plans de dissolution (stylolithes).
Cette méthode a été testée avec succès sur des sites pilotes de carbonates dolomitisés, et notamment dans un site de carbonates Mississppiens prélevés à proximité d'un chevauchement où l'ASM après traitement thermique est en accord avec la géologie régionale et nettement distincte de la fabrique avant traitement thermique. Si la chauffe a été longtemps utilisée simplement pour renforcer des fabriques mal définies, elle se présente maintenant, dans les sédiments comme dans les roches magmatiques (Trindade et al., 2001), comme une méthode riche en informations. Il semble maintenant nécessaire de multiplier les exemples afin de systématiser la méthode. Nous devons déterminer si celle-ci est efficace dans les différents faciès sédimentaires, les températures de chauffe adaptées ainsi que les limites de la méthode en effectuant par exemple un échantillonnage systématique selon un transect traversant une zone de cisaillement.

LE DUPLEX DE LA CAGALIERE ET LA CINEMATIQUE DU PLI DE LAGRASSE

Forts de ces interprétations des fabriques magnétiques, nous avons utilisé, dans le cadre de l'étude structurale du chaînon de Lagrasse et du duplex de la Cagalière, des fabriques d'ASM après traitement thermique. Les fabriques avant chauffe n'ont, pour les raisons que nous venons de voir, pas été interprétées.
En couplant données magnétiques et données microtectoniques, nous avons été menés à réinterpréter la cinématique du pli de Lagrasse. Il est en effet apparu que le duplex de la Cagalière, détail cartographique, a une signification importante dans la cinématique du chaînon. Dans un contexte régional où deux directions de raccourcissement se succèdent, il se place comme l'élément de transition entre la mise en place du pli au dessus du chevauchement principal de "La Bade" dans une direction correspondant à celle de la première phase de raccourcissement, et la formation du chevauchement hors-séquence de "Col Rouge" dans la seconde direction de raccourcissement.

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