Alexandre Ortiz

Doctorant

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Adresse

Equipe Paléo2D
Géosciences rennes
Bât.15 Pièce 221/3, campus Beaulieu
Université de Rennes 1
35042 RENNES cedex

Sujet de thèse

BILAN EROSION-SEDIMENTATION D’UN SYSTEME DE ROUTAGE SEDIMENTAIRE EN DOMAINE D’AVANT-PAYS : Le bassin d’Aquitaine durant les stades finaux (45-0 Ma) de la surrection d’une chaîne de montagne (Pyrénées) et d’un domaine de socle (Massif central)

Directeur de Thèse : François GUILLOCHEAU
Promoteur BRGM : Eric LASSEU

CONTEXTE ET OBJECTIFS

Deux types de bassins sédimentaires présentent un transport sédimentaire longitudinal débouchant sur une marge passive de bord libre pratiquement infini, propre à stocker les sédiments : (1) les rifts avortés localisés sur un point triple (par exemple le rift de la Bénoué au Nigéria ou le rift du bassin des Approches de l’Ouest, les deux au Crétacé inférieur) ou (2) les bassins d’avant-pays à connexion latérale sur l’Océan mondial (par exemple le bassin intérieur de l’Ouest aux Etats-Unis ou les deux bassins d’avant-pays des Pyrénées).

La compréhension du système de routage des sédiments dans ces types de basins se heurte à deux questions majeures :

  • Quelle est la part de ce qui est préservé dans le bassin amont (rift ou avant-pays) par rapport à ce qui est exporté dans la marge ? Y a-t-il un effet tampon du bassin amont et si oui quel est le temps de réponse d’un éventuel relargage des sédiments vers la marge ?
  • Cette évolution est-elle prédictible connaissant (i) la topographie et les types de production de sédiments (érosion chimique vs. physique, néoformation de sédiments dans le bassin..) et (ii) l’évolution de la déformation et du climat.

Répondre à ces questions suppose (1) de mesurer les volumes de roches érodées sur le domaine continental en surrection et (2) de mesurer les volumes sédimentaires déposés en séparant ce qui est sédimenté en amont et en aval de la pente continentale.

L’objectif de ce projet est d’étudier un système de bassin d’avant-pays latéralement connecté à une marge passive, le bassin d’Aquitaine depuis environ 45 Ma (fin de l’Eocène moyen). Ce bassin enregistre à la fois (1) la surrection d’une chaine de montagne, les Pyrénées et (2) d’un massif de socle exhumé, le Massif central. La cinétique de ces surrections est mal connue (Massif central) ou l’objet de controverses (Pyrénées), notamment concernant l’arrêt du raccourcissement et de la surrection de la chaîne. Le bassin d’Aquitaine est donc un rétro-bassin d’avant-pays qui cesse de fonctionner durant l’Oligo-miocène, connecté à une marge passive (le Plateau landais) avec un bord libre correspondant au Golfe de Gascogne et sa lithosphère océanique, fossile depuis le Campanien.

C’est donc un lieu unique pour étudier le routage des sédiments depuis une chaîne de montagne et un massif de socle exhumé jusqu’à leurs dépôts ultimes sur la croûte océanique. L’objectif de cette thèse est à la fois (1) de comprendre l’évolution de la déformation de l’ensemble Aquitaine-Pyrénées-Massif central, ses longueurs d’onde et ses causes, dans un cadre paléoclimatique (paléoprécipitations) bien contraint et (2) de repositionner le bilan érosion-sédimentation et le routage de sédiments dans ce double contexte tectonique et climatique.

METHODE

Mesure des volumes sédimentés
Cette mesure se fonde sur des données de subsurface, sismique et puits, ainsi que sur l’analyse des sédiments contemporains affleurants. La démarche est la suivante :

  • Analyse biostratigraphique détaillée de quelques puits de référence,
  • Etablissement d’un modèle stratigraphique (stratigraphie sismiques) sur quelques lignes régionales représentatives passant sur les puits de référence datés : définition et hiérarchisation des séquences, choix des marqueurs stratigraphiques pertinents pour réaliser les mesures de volumes,
  • Propagation des marqueurs sismiques pertinents sur l’ensemble du domaine étudié, établissement de cartes d’isochore,
  • Conversion des isochores en isopaques, à partir de lois de vitesse déduites des puits ou de données de réfraction,
  • Compaction des sédiments pour obtenir des volumes solides comparables à ceux des roches érodées, établie à partir de la porosité (réelle et effective) mesurée sur les puits.
  • Mesure des volumes de sédiments compactés.

Ces mesures – et les calculs d’erreur associés – se font à partir d’un code développé par J. Braun (maintenant à GFZ Potsdam) dans le cadre de l’ANR TopoAfrica.
La principale difficulté dans ses bilans globaux sera de connaître l’effet de la circulation océanique et des transferts sédimentaires associés, circulation active depuis au moins la fin du Paléocène.

L’analyse des puits et des lignes régionales représentatives en stratigraphique sismique a également pour objectif de contraindre les paramètres majeurs pour comprendre l’évolution du routage des sédiments :

  • Les paléoprécipitations (sur un puits de référence à partir des données palynologiques),
  • La part de l’eustatisme et de la déformation,
  • La déformation de la lithosphère et son calendrier.

Mesure des volumes érodés

Cette mesure se fonde sur une analyse géomorphologique des formes sédimentaires, ainsi que des placages sédimentaires et du volcanisme associé (Massif central). La démarche est la suivante :

  • Analyse des formes du relief : nature (ici des surfaces de corrosion – « echtplains », des pédiplaines et des vallées incisées) et chronologie relative,
  • Datation des formes du relief en utilisant trois techniques (1) datation des dépôts des placages sédimentaires associés, (2) datation des roches volcaniques de mode de mise en place connu (appareil préservé vs. érodé, taux d’érosion) et (3) datation des altérites (magnétostratigraphie, géochronologie, chemostratigraphie…) – non budgété dans ce projet,
  • Cartographie des formes du relief pertinentes,
  • Restitution des topographies successives en restaurant les surfaces érodées par les formes de relief plus jeunes – mesure des barres d’erreur en testant plusieurs scénarios géométriques de surfaces érodées,
  • Mesure des volumes érodés.

L’analyse géomorphologique a également pour objectif de reconstituer la déformation des domaines en surrection (et son calendrier), ainsi que l’effet des changements climatiques. Cela suppose de reconstituer l’évolution des profils de rivières et pédiments au cours du temps pour analyser leurs basculements, leurs étagements, etc…

Ce travail sera mené en étroite collaboration avec la thèse dirigée par Y. Lagabrielle (promoteur BRGM : R. Wyns) sur les aplanissements nord-pyrénéens, l’idée étant de partir de leur reconstitution des formes du relief pour mesurer les volumes érodés.