Thèse
Auteur :
Bauer Hugues

Date de soutenance :
01 octobre 2006

Directeur(s) de thèse :
Cojan Isabelle



École :

MINES ParisTech

Ecole Doctorale :
GEOSCIENCES ET RESSOURCES NATURELLES
Intitulé de la thèse : Influence du climat, de l'eustatisme et de la tectonique dans l'architecture des séries continentales. Cas du Miocène inférieur et moyen du Bassin de Digne-Valensole (SE, France)


Résumé : Le besoin de connaître toujours plus finement les réservoirs (pétrole/gaz, stockage du CO2, des déchets...) se heurte au problème de la résolution temporelle (stratigraphique), notamment pour les séries sédimentaires continentales. Leur géométrie dépend essentiellement de trois facteurs: les variations du niveau marin (eustatisme), la tectonique et le climat. Cette étude vise à comprendre leur rôle respectif dans l'architecture des dépôts continentaux miocènes (~13,5-23 Ma) du bassin de Digne, dont la stratigraphie est bien établie.
L'analyse séquentielle des dépôts nous a permis de distinguer une zone Nord où sept séquences de 3e ordre sont enregistrées, et une zone Sud où la tectonique locale en a fait disparaître deux. La tectonique régionale a joué sur l'amplitude et l'âge des séquences en regard des correspondances établies avec la charte eustatique. Ses effets traduisent le déplacement des dépôtcentres au cours du remplissage du bassin.
L'influence du climat a joué à différentes échelles de temps. A celle de l'Optimum Climatique du Miocène (14,6-16,5 Ma), caractérisé par trois phénomènes globaux (l'excursion isotopique du 13C - Monterey Event; un maximum transgressif; le développement maximal de la mangrove à Avicennia). A celle des cycles de 3e ordre du Langhien-Serravallien, dont l'origine climato-eustatique est attestée par la comparaison du découpage séquentiel avec l'analyse pollinique. A l'échelle des cycles de Milankovitch, dont ceux d'excentricité ont été observés dans les incursions marines, les cycles de précession et d'obliquité ayant été reconnus dans la distribution et le développement des paléosols, par comparaison directe avec le signal d'insolation.INTRODUCTION - 13
CADRE GEODYNAMIQUE ET STRATIGRAPHIQUE DU BASSIN DE DIGNE-VALENSOLE.
PRESENTATION DU SECTEUR D'ETUDE - 15
1.1. LE BASSIN DE DIGNE-VALENSOLE: UN BASSIN D'AVANT-PAYS AU CARACTERE SINGULIER - 15
1.1.1. Cadre géodynamique du bassin de Digne-Valensole au Tertiaire - 15
1.1.2. Eléments structuraux du bassin de Digne-Valensole - 18
1.1.3. Evolution paléogéographique au Miocène dans le Sud-Est - 20
1.2. CADRE STRATIGRAPHIQUE DE L'ETUDE - 23
1.2.1. Litho- et biostratigraphie du remplissage du bassin de Digne-Valensole - 23
1.2.2. Litho- et biostratigraphie du secteur d'étude - 25
1.2.2.1. Lithostratigraphie des séries de Beynes - Châteauredon et de Majastres - 26
1.2.2.2. Biostratigraphie des séries de Beynes - Châteauredon et de Majastres - 26
1.3. APPORTS RECENTS A LA STRATIGRAPHIE DES DEPOTS CONTINENTAUX DU BASSIN DE DIGNEVALENSOLE
- 30
1.3.1. Etudes palynologiques - 30
1.3.2. Stratigraphie isotopique du carbone - 33
1.3.2.1. Principes de la méthode - 33
1.3.2.2. Choix d'une courbe de référence - 36
1.3.2.3. Résultats et limites - 40
1.4. CONCLUSION - 41
LE CADRE CLIMATIQUE AU MIOCENE INFERIEUR ET MOYEN - 42
2.1. CADRE PALEOCLIMATIQUE GLOBAL DU PALEOGENE SUPERIEUR AU NEOGENE INFERIEUR - 42
2.1.1. Glacio-eustatisme - 43
2.1.2. Forçage orbital et cycles de Milankovitch - 45
2.1.3. Le CO2 atmosphérique - 45
2.1.4. Conclusions (Fig. 2.3) - 46
2.2. CADRE PALEOCLIMATIQUE DANS LE BASSIN MEDITERRANEEN - 48
2.3. L'OPTIMUM CLIMATIQUE DU LANGHIEN ET L'EVENEMENT ISOTOPIQUE DU MONTEREY: LEUR
EXPRESSION DANS LE BASSIN MEDITERRANEEN - 49
2.3.1. L'Optimum Climatique du Langhien - 49
2.3.1.1. Age du développement maximal de la mangrove à Avicennia - 50
2.3.1.2. Les coraux et le maximum transgressif associé - 52
2.3.2. L'évènement isotopique du Monterey - 54
2.3.3. Conclusion - 55
2.4. CONCLUSIONS - 55
PALEOENVIRONNEMENTS ET PALEO-PAYSAGES, LEURS FACIES ET CORPS
SEDIMENTAIRES ASSOCIES - 56
3.1. METHODES ET OUTILS EMPLOYES - 56
3.1.1. Méthodes et outils de terrain - 56
3.1.2. Analyses en laboratoire, traitement des données - 57
3.1.2.1. SIG - 57
3.1.2.2. Lavages - 57
3.1.2.3. Microfaciès - 57
3.1.2.4. Palynologie - 57
3.1.2.5. Analyses minéralogiques en roche totale et argiles - 58
3.1.2.6. Isotopes stables (CCaCO3 + Corg) - 58
3.2. GEOMETRIE ET LITHOSTRATIGRAPHIE DES DEPOTS DU SECTEUR DE BEYNES - CHATEAUREDON ET DE
MAJASTRES - 59
3.2.1. Les unités de dépôts de Beynes - Châteauredon - 64
3.2.2. Les unités de dépôts de Majastres - 66
3.3. PALEOENVIRONNEMENTS - 67
3.3.1. Environnements continentaux - 67
3.3.1.1. Domaine alluvial (Planche I) - 67
3.3.1.2. Domaine fluviatile (Planches I à IV) - 67
3.3.1.3. Domaine lacustre et palustre (Planche V) - 75
3.3.2. Environnements de transition (Planche VI) - 77
113.3.2.1. Barres d'embouchure - 77
3.3.2.2. Milieux saumâtres et lagunaires - 78
3.3.2.3. La Mangrove - 79
3.3.2.4. Chenaux tidaux - 80
3.3.2.5. Cordons littoraux - 81
3.3.3. Environnements marins (Planche VII) - 81
3.3.3.1. La zone offshore - 81
3.3.3.2. La zone subtidale (shoreface) - 82
3.3.3.3. La zone intertidale (foreshore) - 82
3.3.4. Les paléosols, éléments ubiquistes des paysages (Pl. VIII & IX) - 83
3.3.4.1. Index d'hydromorphie - 86
3.3.4.2. Index d'accumulation des carbonates - 87
3.3.4.3. Diagrammes croisés ?18O/?13C - 87
3.3.5. Interprétation des diagrammes des minéraux argileux - 88
3.3.5.1. Secteur de Majastres - 88
3.3.5.2. Secteur de Beynes - Châteauredon - 89
3.3.6. Effets de la diagénèse - 93
3.3.7. Synthèse sur les environnements de dépôts - 95
3.4. EVOLUTION DES PALEO-PAYSAGES - 97
3.4.1. Aquitanien inférieur - 97
3.4.2. Aquitanien - 97
3.4.3. Burdigalien - 98
3.4.4. Langhien - 99
3.5. CONCLUSIONS - 99
ANALYSE SEQUENTIELLE DES DEPOTS DE BEYNES - CHATEAUREDON: INFLUENCES
CONJOINTES DE L'EUSTATISME ET DE LA TECTONIQUE - 100
4.1. NOTIONS FONDAMENTALES DE STRATIGRAPHIE SEQUENTIELLE - 100
4.1.1. Niveau absolu et relatif de la mer - 100
4.1.2. Espace disponible et accommodation - 101
4.1.3. Ordres et origines des cycles sédimentaires - 102
4.2. STRATIGRAPHIE SEQUENTIELLE EN DOMAINE CONTINENTAL - 103
4.3. TRAVAUX ANTERIEURS SUR LE BASSIN DE DIGNE-VALENSOLE - 113
4.3.1. La Molasse du bassin de Digne-Valensole - 114
4.3.2. La série de Beynes - Châteauredon - 115
4.4. PROPOSITION D'UN DECOUPAGE SEQUENTIEL GENERAL DE LA SERIE DE BEYNES - CHATEAUREDON
FIG. 4.13 (EN ANNEXE) - 116
4.4.1. Datums utilisés - 116
4.4.2. Critères retenus - 117
4.4.3. Séquence de 2ème ordre - 117
4.4.4. Séquences de 3ème ordre: partie nord du Dôme de Châteauredon - 121
4.4.4.1. Séquence S1 - 121
4.4.4.2. Séquence S2 - 121
4.4.4.3. Séquence S3 - 123
4.4.4.4. Séquence S4 - 124
4.4.4.5. Séquence S5 - 124
4.4.4.6. Séquence S6 - 125
4.4.4.7. Séquence S7 - 125
4.4.5. Origine des séquences de 3e ordre - 126
4.4.6. Séquences de 3ème ordre: influence de la tectonique sur l'enregistrement (partie sud du Dôme de
Châteauredon) - 127
4.4.6.1. Aggradation continentale vs dégradation marine dans l'Aquitanien (S1+S2) - 127
4.4.6.2. Une vallée incisée au Burdigalien ? (S4) - 128
4.4.6.3. Amalgame de limites de séquences vers le point neutre tectonique (S5) - 130
4.4.7. Séquences à haute fréquence (séquences HF) - 133
4.4.7.1. Les "barres marines" aquitaniennes - 133
4.4.7.2. La Formation de Beauregard - 134
4.5. COMPARAISON AVEC LE REMPLISSAGE DU BASSIN DE DIGNE-VALENSOLE ET DU BASSIN RHODANOPROVENÇAL - 138
4.5.1. Comparaison avec le remplissage du bassin de Digne-Valensole - 138
4.5.2. Comparaison avec le remplissage du Bassin rhodano-provençal - 140
4.6. CONCLUSIONS - 143
12ENREGISTREMENT A DIFFERENTES ECHELLES DES EVENEMENTS ET CYCLES
CLIMATIQUES EN DOMAINE CONTINENTAL COTIER: APPLICATION A LA SERIE ETUDIEE
- 144
5.1. LE GLACIO-EUSTATISME: SEQUENCES DE 3E ORDRE, EVENEMENTS DE MILLER ET SEQUENCES HF - 144
5.2. L'OPTIMUM CLIMATIQUE DU LANGHIEN ET L'EVENEMENT ISOTOPIQUE DU MONTEREY - 145
5.2.1. Expression du Monterey Event à Beynes - Châteauredon - 145
5.2.2. Le maximum transgressif du Langhien - 147
5.2.3. Analyse palynologique de l'Optimum Climatique - 147
5.2.3.1. Interprétations paléoclimatiques des associations sporo-polliniques - 147
5.2.3.2. Implications stratigraphiques et paléoclimatiques de la présence d'une mangrove à Avicennia dans la région de Châteauredon - 152
5.2.4. Conclusions - 157
5.3. FORÇAGE ORBITAL DANS LE DEVELOPPEMENT ET LA DISTRIBUTION DES PALEOSOLS - 158
5.3.1. Forçage orbital dans les dépôts continentaux: une brève revue bibliographique - 158
5.3.2. Calibration des coupes sur l'échelle astronomique - 160
5.3.2.1. Calage des coupes sur l'échelle B95 - 160
5.3.2.2. La courbe d'insolation de Laskar et al. (1993) - 161
5.3.2.3. Calage astronomique - 161
5.3.2.4. Pédogénèse et facteur climatique - 163
5.3.3. Caractérisation des paléosols à l'aide des index IHyd et ICa - 165
5.3.4. Reconstitution des paléoenvironnements et des pédofaciès - 167
5.3.5. L'index de pédogénèse: méthodologie et application - 172
5.3.6. Corrélation des paléosols avec l'index de pédogénèse - 175
5.3.6.1. Coupe de Beynes - 175
5.3.6.2. Coupe du Saule Mort - 175
5.3.6.3. Estimation des seuils d'IPed pour l'enregistrement de la pédogenèse - 178
5.3.7. Distribution autocyclique vs allocyclique des paléosols - 178
5.3.8. Vers une série continentale astronomiquement calibrée - 181
5.3.9. Conclusions - 183
5.4. CONCLUSIONS - 183
CONCLUSIONS GENERALES & PERSPECTIVES - 185
BIBLIOGRAPHIE - 190
LISTE DES TABLEAUX - 216
LISTE DES FIGURES - 217
PLANCHES - 221
ANNEXES - 255

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