Etudes magnétiques sur les argilites toarciennes de Tournemire (Aveyron) : à la recherche de la signature magnétique des fractures

Résumé du document

La station expérimentale de Tournemire appartient à l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN). Elle occupe un ancien tunnel ferroviaire creusé dans les années 1870. Depuis 1988 de nombreux forages ont été réalisés et de nouvelles galeries ont été creusées (galerie Est-Ouest en 1996), afin de réaliser des expériences de conductivité hydraulique essentiellement pour la recherche d'un milieu géologique de confinement. Ont été effectuées sur ce site des analyses géophysiques, des études de géologie structurale, des mesures de porosité et de perméabilité, ou encore des analyses géochimiques de la roche et de l'eau qui y percole.
Notre étude a pour but d'apporter des données magnétiques, et principalement d'étudier leurs éventuelles variations à proximité de failles et de fractures. Si l'étude est concluante, les variations de l'anisotropie de la susceptibilité magnétique (ASM) pourraient servir de proxy pour déceler de nouvelles failles, d'où le sous-titre de l'étude.

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Tournemire est un village de l'Aveyron, situé au Sud de Millau (43° 58' 12'' Nord ; 3° 01' 13'' Est), localisé à la bordure du massif du Larzac, et appartenant au parc naturel régional des Grands Causses (Fig. 1).
Les deux premières familles NNO-SSE et NNE-SSO sont des failles apparemment conjuguées de forts pendages et attribuées à la compression pyrénéo-provençale de l'Éocène (40 Ma). Les failles de direction Est-Ouest, qui sont des failles de socle, ont été réactivées pendant cet épisode pyrénéen.
Les autres failles Est-Ouest, plus superficielles, sont attribuées à l'extension post-pyrénéenne de l'Oligocène (Cabrera, 1992 ; Boisson et al., 1998).
Le volcanisme des Grands Causses n'a pas eu beaucoup d'effet sur la série géologique de la région de Tournemire.

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Sur la figure 4 les couches géologiques du Toarcien sont divisées en trois sous étages. A la base le Toarcien Inférieur, d'une puissance de 25 mètres, présente un faciès de schistes cartons. Puis, le Toarcien Moyen, de 20 mètres de puissance est marneux. Enfin, le Toarcien Supérieur présente une série homogène de 150 mètres d'argilites. C'est dans ce dernier niveau que le tunnel est creusé. La composition minéralogique des argilites du tunnel a été déterminée par Homand et Villiéras (1996) et Sibai et al. (1993). On note la présence d'argiles 40 à 50% (kaolinite principalement, mais aussi micas et illite-montmorillonite), de quartz et calcite (45%) et enfin de dolomie, sidérite, pyrite en très faibles pourcentages (...)

Extraits

[...] Les mesures de susceptibilité se font d'habitude à température ambiante. Notons cependant que, pour des matériaux essentiellement paramagnétiques (cas de nos argilites), la susceptibilité varie (faiblement) avec la température, ce qui peut être gênant pour des roches à faible susceptibilité (ce qui est le cas de nos argilites). On peut alors procéder à des mesures à basse température, pour lesquelles les échantillons sont préalablement refroidis à l'azote liquide, ce qui augmente fortement la susceptibilité paramagnétique sans modifier sensiblement la susceptibilité ferrimagnétique (Housen ; Housen ; Richter, 1993; Parés, 2002; Fig. [...]

[...] Homand, F. et F. Villiéras (1996). Etude des propriétés physiques de marnes de Tournemire. Rapport technique, Laboratoire de Géomécanique Institut National Polytechnique de Lorraine École Nationale Supérieure de Géologie. Housen, A.B. (1990), Chlorite control of correlations between strain and anisotropy of magnetic susceptibility, Physics of the Earth and Planetary Interiors 315-323. Housen, A.B., C. Richter, B.A. Van der Pluijm, Composite magnetic anisotropy fabrics: experiments, numerical models and implications for the quantification of rock fabrics, Tectonophysics 1-12. Mennessier, G. et P. [...]

[...] Effectivement, le bruit n'est plus qu'à un ordre de grandeur des mesures. Il a fallu modifier le programme pour tenir compte des plus petits paramètres pouvant augmenter le bruit. En mesurant ces échantillons à basse température on obtient un meilleur rapport signal sur bruit, mais celui-ci n'est pas encore assez précis pour être correctement analysé mm3/kg Cm a b Figure 19 : Susceptibilités et anisotropie de la susceptibilité des échantillons de 1 cm de côté contenant la fracture du tronçon MB3- a b Figure 20 : Susceptibilités et anisotropie de la susceptibilité des échantillons de 1 cm de côté contenant la fracture du tronçon MB3-564 refroidis à l'azote liquide. [...]

[...] Figure 29 : moyennes des anisotropies de la susceptibilité des tronçons horizontaux. Au point de vue scalaire, pour tous nos échantillons, l'anisotropie planaire représente 97 à de l'anisotropie totale. Cela montre bien qu'il y a une très faible anisotropie linéaire dans le plan du litage. L'anisotropie est donc liée avant tout à la gravité, c'est-à-dire à la disposition des grains minéraux dans le plan du litage. Au point de vue directionnel, ce diagramme synthétique montre bien que les linéations magnétiques (Kmax) se regroupent préférentiellement au NNE (c'est-à-dire sur la ligne du diagramme de la figure 29 entre le Nord - au centre et l'est à gauche). [...]

[...] Nous pouvons dire qu'il existe, en effet, une faible signature magnétique des fractures. Le site est parcouru par de rares failles (Fig. aussi a-t-on cherché à mesurer des variations d'anisotropie à proximité de la faille principale du tunnel. Nous n'avons trouvé aucune variation sur notre échantillonnage initial situé à 1.5 m de la Faille Principale. Il faudra disposer d'un échantillonnage plus proche de cette faille. Pour ma part, ce stage m'a permis d'appréhender le milieu de la Recherche d'un nouvel angle, j'ai donc ainsi pu me rendre compte d'une partie du travail d'un scientifique. [...]