thèse de Sylvain Clerc

Modèles de dépôt sous-glaciaires et dynamique de remplissage des vallées tunnel. Exemple au Quaternaire (Bray, Irlande) et application à l'Ordovicien supérieur de l'Anti-Atlas (Alnif, Maroc)

Bourse Cifre – Collaboration avec GDF-Suez

Directeurs : Jean-François Buoncristiani,  Michel Guiraud et Éric Portier (GDF-Suez)

Début du contrat : Cifre 01/02/2009

Soutenue le 26 octobre 2012

 

Le tapuscrit de thèse est téléchargeable [ ici ] (40 Mo).

 

Résumé

Au cours du Paléozoïque inférieur, un changement climatique majeur a permis le développement d’une calotte glaciaire sur le paléo-continent Gondwana. Cette calotte a plusieurs fois recouvert la plateforme nord-gondwanienne au cours des différents épisodes d’avancée et de recul des fronts glaciaires. Cette dynamique a permis le développement d’un modèle glaciaire, qui inclut des surfaces d’érosion majeures d’extension régionale et des vallées glaciaires. Parmi ces vallées, les vallées tunnel font référence aux vallées glaciaires mises en évidence en Europe, et qui sont associées aux grandes glaciations quaternaires. Par définition, ces vallées regroupent des dépressions linéaires de plusieurs kilomètres de large et de plusieurs dizaines de kilomètres de long. Elles sont en générale profondes de quelques centaines de mètres et leur fond présentent des zones de surcreusement.

Des vallées tunnel ordoviciennes sont localisées en Afrique du nord et au Moyen-Orient. Les sédiments glaciaires ordoviciens représentent un important objectif pour l’exploration des hydrocarbures et les vallées tunnel, qui constituent des hétérogénéités lithologiques dans l’enregistrement sédimentaire, sont d’excellentes roches réservoirs. En Europe, les anciennes vallées tunnel quaternaires constituent des aquifères dont la mise en évidence et la préservation constituent un véritable enjeu. Un intérêt majeur réside donc dans une meilleure connaissance de l’architecture du remplissage de ces vallées, mais également une compréhension des paramètres qui contrôlent leur distribution et des mécanismes qui participent à leur formation sous les calottes de glace. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire est principalement basé sur une étude de terrain, dont les résultats recouvrent trois grands axes : (1) l’environnement sous-glaciaire, (2) la dynamique de remplissage des vallées tunnel et (3) les facteurs contrôlant leur distribution.

L’environnement sous-glaciaire est complexe et demeure encore mal connu, du fait notamment de son inaccessibilité et l’impossibilité d’y effectuer des observations directes. Dans la littérature, l’enregistrement sédimentaire qui lui est associé est généralement limité aux faciès grossiers ; il est considéré comme marginal en termes de volume. Le travail mené sur les dépôts glaciaires quaternaires de la baie de Killiney en Irlande démontre que l’environnement sous-glaciaire peut stocker et préserver des sédiments. L’espace d’accommodation sous-glaciaire existe grâce notamment au modelé sous-glaciaire qui crée une topographie favorable à la formation de dépocentres. Les sédiments auront une signature particulière qui reflète l’interaction entre la glace et le substrat, via des phases de couplage et de découplage. Ce travail a ainsi permis de définir des critères de reconnaissance des faciès sous-glaciaires, qui regroupent des caractéristiques stratigraphiques, sédimentologiques et des indices liés aux déformations par surpressions fluides associées au poids et à l’écoulement de la glace.

Actuellement, la dynamique de remplissage des vallées tunnel est largement associée à une dynamique de déglaciation et de retrait du front glaciaire. Les faciès sont ainsi largement associés à des environnements de dépôt proglaciaires, glaciomarins ou fluvioglaciaires. L’expérience acquise grâce à l’étude des dépôts quaternaires d’Irlande a permis d’identifier dans le remplissage de la vallée tunnel d’Alnif au Maroc, des faciès sous-glaciaires, qui représentent près de 50 % du volume des sédiments glaciaires. Ces dépôts sont en grande partie associés à un environnement de dépôt sous-glaciaire transitionnel (lightly grounded ice-sheet), défini par analogie avec les observations en Antarctique. Cet environnement se situe entre (1) la ligne de couplage marquant la limite avale de la zone de couplage permanent entre la glace et le substrat, caractérisant les zones internes de la calotte, et (2) la ligne d’échouage du glacier qui marque la zone où la glace devient flottante, associée à un environnement glaciomarin. En fonction de l’espace d’accommodation sous-glaciaire, les processus de dépôt dans cet environnement transitionnel, seront associés (1) à des glaciturbidites, liées au déconfinement d’un écoulement sous-glaciaire lorsque l’espace d’accommodation sera assez important, ou (2) à des chenaux sous-glaciaires en tresse (canal braided network), lorsque l’espace d’accommodation sera limité.

La proximité avec d’autres exemples de vallées tunnel dans l’Anti-Atlas, a permis de réaliser une analyse comparée de leur morphologie et des caractéristiques des dépôts préglaciaires. Les résultats démontrent un double contrôle, lithologique et hydrologique sur la distribution et la morphologie des vallées tunnel. Plus la diffusivité du substrat est faible, plus le nombre de vallées tunnel est important, et compense la faible capacité de transfert du sédiment. La distribution des unités argilo-silteuses des sédiments préglaciaires, qui constituent des barrières de perméabilité va directement influencer la morphologie de la vallée tunnel. Le rôle des barrières de perméabilité dans les variations de pressions fluides dans les niveaux gréseux permet également d’expliquer la formation de la vallée tunnel d’Alnif. Enfin, ces deux paramètres, lithologiques et hydrologiques, sont influencés par la structuration du bassin, qui contrôle la distribution des dépocentres (zone de subsidence versus haut structural) et l’organisation du réseau de drainage des eaux de fonte sous-glaciaires. La position des vallées tunnel est donc également influencée par l’héritage structural à l’échelle régionale.

 

Mots clés

glaciations, Ordovicien, Maroc, ice-stream, vallée tunnel, réservoir

 

Comité de suivi de thèse

- Emmanuelle Vennin, professeur, laboratoire Biogéosciences, université de Bourgogne, Dijon

- John F. Hiemstra, professeur, Swansea Glaciology Group, University of Swansea, Pays de Galles, Royaume Uni

 

Jury

J.-F. Buoncristiani, maître de conférence, université de Bourgogne – co-directeur de thèse
J.-F. Deconinck, professeur, université de Bourgogne – examinateur
J.-F. Ghienne, chercheur, CNRS Université de Strasbourg – rapporteur
P. L. Gibbard, professeur, université de Cambridge – rapporteur
M. Guiraud, professeur, université de Bourgogne – co-directeur de thèse
S. Jorry, chercheur, Ifremer – examinateur
E. Portier, ingénieur, Réservoir GDF SUEZ EPI – co-encadrant de thèse
E.Vennin, professeur, université de Bourgogne – examinateur