Didier QUESNE 
            Maître de conférences 
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     UFR des Sciences de la Terre, UMR CNRS 5561    Université de bourgogne   6 Bd Gabriel 21000 DIJON
     Tel : (33) 03 80 39 63 55  Fax : (33) 03 80 39 63 87                       Didier.Quesne@u-bourgogne.fr
 
 
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La recherche que je développe depuis mon intégration à l’UMR CNRS 5561 s’intéresse à l’histoire des bassins sédimentaires. Or, un bassin sédimentaire n’est finalement qu’un creux, une dépression topographique qui se remplit, plus ou moins vite, de sédiments dont la nature sera conditionnée par les potentialités du bassin versant en apports de matériels détritiques, et par les conditions autorisant, ou pas, la production carbonatée in situ, c’est-à-dire le climat, le taux de carbonates présents dans l’eau du bassin, etc. Tous les facteurs conditionnant le remplissage de cette dépression constituent les thèmes de recherche des géologues de bassin (fig. 1). Parmi eux, le géologue sédimentaire s’intéresse essentiellement à retrouver les environnements passés et les conditions qui leur ont donné naissance.
On sait, maintenant depuis de nombreuses années, que la compréhension de l’enregistrement sédimentaire et du message qu’il transporte, passe par une étude pluridisciplinaire des bassins, et c’est précisément dans cette optique que s’inscrit mon travail de recherche.

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Figure 1 : Schématisation des différents facteurs contrôlant
le remplissage des bassins sédimentaires.

 
      Je suis convaincu que c’est d’abord par une indispensable approche « naturaliste » de la géologie que l’on découvre le plus d’éléments permettant de retracer l’histoire des bassins. Ces arguments vont ensuite nourrir les méthodes « assistées par ordinateur » qui autorisent une vision en 3D, voire en 4D, mais c’est assurément dans une confrontation des modélisations et des concepts avec les faits de terrain, que se trouvera la réponse aux questions qui émergent lors de chaque interprétation, ou à la fin de chaque thèse.
Ma formation scientifique généraliste m’a appris qu’un environnement doit être considéré comme étant conditionné par deux sortes de facteurs : les facteurs biotiques (dont les paléontologues s’occupent, pour ce qui concerne les paléoenvironnements), et les facteurs abiotiques. Ce sont bien sûr ces derniers qui préoccupent les sédimentologues les stratigraphes, et les structuralistes, entre autres. Si l’on est capable de reconnaître, dans une roche sédimentaire, la trace du passage d’un courant, d’une vague, d’un coup de vent, on devient alors à même de reconstituer une petite partie des conditions de dépôt des sédiments qui constituent cette roche. Arrivé à ce point du travail, il est très difficile de ne pas se poser de questions sur les autres facteurs ayant joué pendant cette période, et l’on s’intéresse alors au rôle de la tectonique syn-sédimentaire, etc. Cela peut paraître trivial, mais je crois que c’est vers cela tend la recherche : ne pas s’arrêter sur un objet, une période, une région. Tenter de replacer les résultats obtenus dans un contexte plus général. Il s’agit là d’un exercice qui, lui-même, orientera vers d’autres questions. C’est en tout cas ce vers quoi j’ai essayé d’aller pendant les dix années qui ont suivi mon arrivée dans le monde de la recherche en géologie.
 
Ma « naissance » en tant que géologue sédimentaire s’est produite relativement peu de temps après l’avènement, puis l’essor de la stratigraphie sismique (Vail et al., 1977), de la stratigraphie séquentielle (Vail et al., 1987 ; Van Wagoner et al., 1988 ; Vail et al., 1991…) et de la stratigraphie génétique (Cross, 1988 ; Galloway, 1989 ; Homewood et al., 1992…), qui ont permis des avancées remarquables dans la conceptualisation des phénomènes sédimentaires. Ces progrès ont bien évidemment été accompagnés par une évolution rapide des réflexions sur le remplissage des bassins, comme le montrent les nombreuses recherches effectuées alors sur ces thèmes dans le domaine fondamental, mais également pour ce qui concerne leur application dans le domaine industriel de la recherche pétrolière en particulier (Jacquin et al., 1991 ; Mc Donough et al., 1992 ; Jacquin, 1992 ; Posamentier & Allen, 1993 ; Hunt & Tucker, 1993a et b ; Eschard et al., 1993 ; Quesne, 1998 [reproduite in extenso], etc.).
C’est dans ce contexte que mon recrutement à l’Université de bourgogne et dans l’UMR 5561 a eu lieu en septembre 1996. J’y ai été intégré à une équipe qui travaillait sur le décryptage du message sédimentaire et cherchait à définir la part des différents facteurs intervenant dans le remplissage des bassins. Ma modeste expérience acquise sur la plate-forme carbonatée barrémienne « circum vocontienne » m’a permis d’adhérer très rapidement aux thématiques développées par l’équipe D de l’UMR CNRS 5561 dans sa conformation de l’époque, et de participer aux développement des applications de la stratigraphie génétique.
 
La stratigraphie génétique est une méthode de stratigraphie séquentielle qui vise à définir des séquences de dépôt caractérisant des cycles d’avancée et de recul de la ligne de rivage. La stratigraphie génétique sensu Homewood et al. (1992), ou la stratigraphie séquentielle haute résolution sensu Cross et al. (1993), permet d’approcher l’évolution dynamique des géosystèmes sédimentaires à partir de l’étude du faciès. Il s’agit d’une démarche objective, basée sur des observations, des arguments naturalistes, et donc particulièrement bien adaptée aux travaux sur le terrain.
La stratigraphie génétique consiste, à partir d’une étude sédimentologique intégrant le macro- et le microfaciès, les structures sédimentaires, et les traces fossiles ou les associations de faunes qui caractérisent les différents milieux de dépôt (on retrouve là le caractère pluridisciplinaire du travail de géologue sédimentaire), à définir des ensembles de faciès sédimentaires génétiquement liés et les regrouper en séquences de dépôts. Ces unités, appelées séquences génétiques, sont les plus petites séquences de dépôts corrélables régionalement (Homewood et al., 1992 ; Cross et al., 1993 ; Rousselle & Dromart, 1996 ; Homewood & Eberli, 2000).
Les différents faciès caractérisés en 1D sur des coupes de terrain se répartissent dans l’espace selon un transect proximal-distal, ou continental-marin, qui donne un aperçu du paysage sédimentaire à un instant donné (diagramme de substitution latérale et de succession verticale des faciès sensu Homewood et al., 1992). L’évolution verticale des faciès permet d’identifier des cycles mineurs qui s’organisent en séquences d’ordre inférieur. Ce sont ces dernières séquences qui sont normalement corrélées de proche en proche afin de mettre en évidence la géométrie des corps sédimentaires et leur évolution au cours du temps : progradation, rétrogradation et aggradation (Cross, 1988 ; Cross et al., 1993).
 
Les chantiers sur lesquels je travaille et ai travaillé sont essentiellement carbonatés. Or, les systèmes carbonatés ne réagissent pas de la même façon que les systèmes silico-clastiques sur lesquels ont été tout particulièrement définies les méthodes de la stratigraphie génétique. Donc cette définition initiale pose plusieurs problèmes lorsqu’elle est appliquée aux systèmes carbonatés (Gaumet,1997) :
     -1) les profils de dépôt sont “ figés ” dans l’espace et ne rendent pas compte de la variabilité stratigraphique des systèmes carbonatés ;
     -2) l’interprétation directe de l’enregistrement sédimentaire en termes de variations du niveau marin relatif implique d’établir auparavant un modèle de dépôt et d’affecter une paléobathymétrie pour chaque faciès ;
     -3) l’imposition d’un référentiel de dépôt (diagramme de substitution latérale et de succession des faciès, sensu Homewood et al., 1992) ne prend pas/peu en compte les évolutions relatives de l’espace disponible au sein d’un même environnement ;
     -4) les schémas séquentiels classiques sont le plus souvent élaborés dans des environnements silicoclastiques et n’intègrent pas, ou peu, la partition volumétrique et stratigraphique du matériel sédimentaire carbonaté.
 
Afin de pallier ces problèmes, il faut intégrer les variations de l’accommodation (A) et du flux sédimentaire (S) comme facteurs principaux dans la mise en place des cycles stratigraphiques, qui sont alors définis à partir des variations du niveau de base (Cross, 1988 ; Cross et al., 1993 ; Gaumet, 1997). Il s’agit d’une surface virtuelle qui témoigne de la préservation ou de l’érosion des dépôts (fig. 2). Trois cas peuvent se présenter (Rousselle & Dromart, 1996 ; Gaumet, 1997 ; Rousselle, 1997) :
     -1) chute du niveau de base, il y a alors érosion et addition de matériel au flux sédimentaire ;
    -2) montée du niveau de base, il y a dans ce cas création d’un potentiel de préservation des dépôts et soustraction de matériel au flux sédimentaire ;
     -3) lorsque les deux surfaces sont à l’équilibre, il y a transit du matériel sédimentaire.
 
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Figure 2 : représentation schématique du niveau de base
(d’après Homewood et al., 2002) et à droite , illustration par un cas concret simple (dans le cratère du Viti, Islande).

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Le niveau de base est donc un rapport entre le potentiel d’accommodation d’un bassin sédimentaire (A) et son potentiel de comblement (S). Sur le terrain, il peut être estimé en étudiant les phénomènes de préservation et/ou d’amalgame des dépôts sédimentaires (fig. 3) qui, en milieu marin, sont principalement contrôlés par les agents hydrodynamiques (courants de marée, houle de beau temps, vagues et courants de tempêtes, …) et les variations de la production de carbonates.

Les cycles de variation du niveau de base sont donc identifiés directement à partir de l’analyse du faciès sédimentaire. Ces cycles, comme les surfaces d’inondation maximum qui les limitent, sont ensuite hiérarchisés puis corrélés latéralement aux autres coupes. Les corrélations des cycles stratigraphiques à basse fréquence sont effectuées dans un premier temps, puis sont suivies de celles à plus hautes fréquences. Les corrélations de proche en proche des lignes-temps stratigraphiques sélectionnées sont contraintes par les datations biostratigraphiques disponibles dans le bassin étudié. L’habillage faciologique des coupes ainsi mises en relation et la répartition spatiale et temporelle des environnements de dépôts sont réalisés a posteriori.

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Figure 3 : indices de préservation et amalgame des figures sédimentaires, de condensations de faunes utilisés pour la définition d’unités génétiques.
 

Les profils théoriques en milieu marin (fig. 4) permettent de visualiser les principales zonations bathymétriques utilisées lors des reconstitutions paléoenvironnementales. Ces zonations montrent les influences variables des différentes composantes hydrodynamiques et les physiographies associées.

Le décryptage du message sédimentaire, directement issu des observations de terrain, rend alors compte des variations de la vitesse d’accumulation du matériel à partir (1) des indices de préservation ou d’amalgame des structures sédimentaires (remaniements, recoupements, fig. 3), (2) de la répartition de ce matériel et (3) des paléobathymétries grâce aux figures de dépôt (Aigner, 1985 ; Guillocheau, 1990 ; Rousselle, 1997) et aux indices biologiques (Rousselle & Dromart, 1996).

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Figure 4 : schématisation du profil de dépôts sur côte soumise aux tempêtes.

 

C’est d’abord essentiellement sur les plates-formes carbonatées que j’ai appliqué ces méthodes de travail (plate-forme jurassique bourguignonne, plate-forme barrémienne du Vercors méridional), puis je me suis intéressé aux plates-formes et rampes gréso-carbonatées d’Afrique (Francevillien du Gabon, Apto-Albien angolais).
S’intéresser aux plates-formes carbonatées et/ou mixtes revient à tenter de reconstituer, d’évaluer, de quantifier :
- les variations du niveau marin relatif (Kendall & Schlager, 1981 ; Haq et al., 1987 ; Guillocheau et al., 1989 ; Jordan & Flemings, 1991 ; Pomar & Ward, 1995 ; Quiquerez et al., 1997 ; Quesne, 1998 [in extenso, p. ] ; Pomar, 2001 ; Quesne & Bénard, 2006 [in extenso, p. ]), afin éventuellement d’en tirer des informations sur les conditions paléoclimatiques, sur un éventuel glacio-eustatisme, et/ou sur le rôle de la tectonique syn-sédimentaire, par exemple ;
- le taux de production sédimentaire, afin de reconstituer le développement de la plate-forme et son évolution (Bosscher & Schlager, 1993 ; Schlager, 1993 ; Dromart et al., 1996 ; Gaumet et al., 1996 ; Homewood, 1996 ; Quesne et al., 2006 [in extenso, p. ]) ;
- l’intervention des phénomènes tectoniques qui vont créer, entretenir, ou supprimer l’espace disponible pour la sédimentation (Blair, 1987 ; Bott, 1992 ; Prosser, 1993 ; Dromart et al., 1998 ; Dumont, 1998 ; Gupta et al., 1998 ; Leinfelder & Wilson, 1998 ; Quesne et al., 2006 [in extenso, p. ]) ;
- les variations dans le chimisme de l’atmosphère entraînant des conséquences paléoclimatiques qui ont elles-mêmes pu influer sur la production sédimentaire et/ou sur les facteurs biotiques (Beauchamp, 1994 ; Pellenard).

Il devient donc très rapidement évident que se cantonner aux seules figures sédimentaires (même s’il s’agit d’un monde en soi !) conduit nécessairement à négliger des pans entiers de la recherche sur les géosystèmes sédimentaires. Mon intérêt pour la recherche en géologie sédimentaire ne pouvait être entretenu que par une approche résolument pluridisciplinaire des problèmes posés par les résultats apportés par les collègues et les étudiants que j’ai eu la chance de co-encadrer. C’est dans ce cadre intellectuel que j’ai travaillé sur différentes problématiques ayant toutes pour point commun l’emploi de la sédimentologie de faciès et de la stratigraphie génétique comme outils permettant d’apporter des arguments supplémentaires pour :
- reconstituer la paléogéographie d’un bassin sédimentaire ;
- définir, étudier et, si possible, quantifier les facteurs contrôlant la sédimentation ;
- s’attacher plus particulièrement à connaître l’intervention de la structuration syn-sédimentaire des bassins.