thèse de Paul Perron

thèse de Paul Perron

Thumbnail imagePaul Perron

Tectonique et architecture des bassins intracratoniques Paléozoïques : impact sur l’enregistrement sédimentaire et la géométrie des réservoirs associés. Exemple de la marge Nord Gondwanienne

Dèbut de thèse : novembre 2015

Soutenance le 27 juin 2019

Financement : ENGIE

Directeur : Michel Guiraud ; codirectrice : Emmanuelle Vennin

Encadrant ENGIE : Eric Portier, Isabelle Moretti

Encadrant UPMC : Laetitia le Pouhriet

 

Résumé

La plate-forme Saharienne paléozoïque, comprenant les bassins péri-Hoggar (Murzuq, Illizi, Mouydir, Ahnet, Reggane et Tim Mersoï) sont définies comme des bassins intracratoniques. Ils ont été dominés par des mouvements verticaux lents et à grande longueur d'onde, conduisant à de faible vitesse de subsidence (c’est-à-dire environ 10 m/Ma à 50 m/Ma) et à l'accumulation d'une couverture sédimentaire étendue de type plate-forme (environnements de dépôts peu profonds), rythmée par des périodes pulsatiles d’augmentation et de diminution du taux de subsidence probablement déclenchées par des événements géodynamiques régionaux. Les mouvements verticaux de la plate-forme ont créé plusieurs arches également appelés dômes, paléo-topographies (par exemple les arches de la Tihemboka, d’Amguid El Biod, d’Arak-Foum Belrem et de l’Azzel Matti) et des bassins (en forme de synclinal) de différentes longueurs d'onde allant de plusieurs centaines à plus de milliers kilomètres. La persistance d’un ensemble assez uniforme de mouvements verticaux semble contrôler l’architecture des bassins, ce qui semble indiquer un contrôle à grande échelle (i.e. lithosphérique). Ce dernier contrôle spatialement et temporellement la dynamique sédimentaire de dépôt et d'érosion. Plusieurs périodes d'érosion majeures ont considérablement tronqué les sédiments préexistants sur de vastes zones, produisant des discordances régionales, restreintes et amalgamées sur les arches, qui séparent la couverture sédimentaire de la plateforme. À travers une approche intégrée multidisciplinaire originale allant d’une analyse géologique de bassin, associant le substrat et l’architecture de bassin à une modélisation thermomécanique numérique de la lithosphère, cette étude a permis de décrypter les facteurs de forçage des bassins intracratoniques de la plate-forme saharienne (bassins péri-Hoggar).

L'architecture en Arches-Bassins est mise en évidence par l'identification de structures tectono-sédimentaires (onlap divergents, troncatures…). Cette architecture se caractérise par des variations d'épaisseur et des partitionnements de faciès, organisés par des failles normales planes sub-verticales formant des systèmes d'horst-graben souvent associés à des plis forcés dans la couverture. Connectés et nucléés aux grandes zones de méga-cisaillement, les systèmes d'horst-graben sont inversés (inversion positive) ou réactivés (plis forcés) au cours d'événements géodynamiques successifs (par exemple : extension cambro-ordovicienne, rebond glaciaire ordo-silurien, extension/ compression Siluro-Dévonien «Calédonienne», extension/compression du dévonien tardif et compression «hercynienne»).
Formée sous une lithosphère précambrienne de type accrétionnaire héritées de plusieurs paléo-orogénèses (e.g. Eburnéenne, Panafricaine), une zonation des substrats sous l’architecture en Arches-Basins est observée : Les terranes Archéen à Paléoprotérozoïque se situent sous les hauts structuraux et les terranes méso-néo-protérozoïques sous les dépressions.

Sur la base de ces observations géologiques et de l’hypothèse de densités différentielles conservées (impliquant un potentiel isostatique) entre les différents terranes accrétées héritées (i.e. les terranes archéennes et protérozoïques) dans la lithosphère, un modèle numérique thermo-mécanique 2D est proposé. Les facteurs de forçage du premier et du second ordre, respectivement caractérisés par de faible taux de subsidence et par leurs déviations cycliques pendant de longues durées (250 Ma), sont bien contraint par le modèle réconciliant aussi l’architecture tectono-stratigraphique singulière en Arches-Basins. Les différentes simulations ont montré l’importance des anomalies thermiques, de la tectonique (faible taux de déformation) et de l’apport externes en sédiments sur la dynamique de ces bassins intracratoniques. Le flux sédimentaire contrôle la vitesse et la durée de remplissage du bassin jusqu'à l'équilibre isostatique. L'anomalie thermique et la tectonique entraînent la complexification de l’architecture stratigraphique des bassins (onlaps divergents, discordances diachroniques) mais aussi tectonique avec la mise place de structures tels que des arches intra-bassins et des arches secondaires bordières inter-bassins...

Par ailleurs, en comparant l’architecture des bassins, la signature thermique et les courbes de subsidence entre les modèles numériques et les données géologiques des bassins péri-Hoggars, nous voyons que tous les paramètres de forçage associés peuvent être liés à des événements géodynamiques tels que les glaciations/déglaciations, réchauffement global, rifting, volcanisme intra-plaque et déformation locale, probablement provoqués par des contraintes de champ lointain.

Finalement, une classification originale est proposée basée sur la meilleure correspondance de chaque bassin péri-Hoggar avec différents modèles numériques thermomécaniques et leurs différents facteurs de forçage (à dominance tectonique, à dominance thermique, à dominance flux sédimentaire et/ou combinaison différente de ces derniers).

 

Mots-clés

Plate-forme saharienne, Bassins péri-Hoggar, Arches-Bassins structures, héritages structuraux précambriens, hétérogénéité de la lithosphère, terranes, thermo-mécaniques, champs de contraintes lointaines, densité, potentiel isostatique

 

Jury

Sierd Cloetingh, Université de Utrecht – rapporteur
Rémi Eschard, Total – rapporteur
Isabelle Moretti, Sorbonne université – examinatrice
Eric Portier, Neptune energy – examinateur
Laetitia Le Pourhiet, Sorbonne université – examinatrice
Michel Guiraud, UBFC – directeur de thèse
Emmanuelle Vennin, UBFC – co-directrice de thèse