Les systèmes sédimentaires turbiditiques ont de tout temps présenté un intérêt pour la recherche académique et industrielle. Ils correspondent à d’importantes accumulations sous-marine, à l’organisation complexe et se développant au pied des marges continentales. Les processus gravitaires assurant le transport des matériaux au sein de ces systèmes sont variés et organisés selon un continuum longitudinal évoluant depuis les dépôts les plus concentrés vers des courants turbulents à l’aval via des effets de perte de charge et d’incorporation d’eau. Parmi les nombreux paramètres contrôlant l’organisation de ces systèmes, l’inclinaison de la pente continentale apparait comme un paramètre majeur. Les découvertes récentes de réservoirs pétroliers au pied de marges dites abruptes, associées à des pièges stratigraphiques suscitent un intérêt particulier des industriels sur les modalités de mise en place de ces systèmes à la transition entre la zone de bassin et la pente. L’analyse des architectures de dépôt, et des variations hydrodynamiques des écoulements, dans ces zones critiques de fermeture des réservoirs apparait comme cruciale d’un point vu académique et pétrolier. Les systèmes turbiditiques du bassin de Tabernas en Espagne (Tortonien supérieur/Messinien préévaporitique) d’une part, les Grés d’Annot dans le bassin du Sud-Est (France, Eocène/Oligocène) d’autre part et enfin les systèmes Crétacés de la marge Ivoirienne se développent dans des contextes de marge abrupte. Ils présentent des profils de pentes escarpées constituant de bons analogues adaptés à l’étude de la mise en place de ce type de réservoirs pétroliers. Ce travail se base sur des données de terrain (relevés de logs sédimentologiques, cartographie, mesure de paléo-courant) et sur l’analyse d’un bloc de sismique 3D le long de la marge Ivoirienne pour renforcer la pertinence des comparaisons. Les dépôts de ces systèmes turbiditiques témoignent des processus de ségrégation des écoulements avec un piégeage préférentiel des particules les plus grossières localisé au niveau des variations de pente le long du thalweg. Ces variations de la topographie sont à l‘origine de ressaut hydraulique entrainant une modification des écoulements. L’étude fine de l’architecture et de la mise en place de ces dépôts formant le biseau amont de ces systèmes sur la pente, apporte des avancées inédites sur les continuums de dépôts des écoulements au sein des zones de canyon et à la transition canyon/bassin. De plus, cette analyse met en évidence l’impact des zones de rupture de pente et du phénomène de ressaut hydraulique pouvant en découler. Le caractère pseudo tridimensionnel de tous les affleurements étudiés, semble au moins partiellement valider l’existence de biseaux amonts des systèmes turbiditiques. Néanmoins aucun d’entre eux ne permet de documenter le recouvrement amont par des argiles ; lesquelles assureraient en conditions réelles la qualité de la couverture. En amont de ces zones de biseaux, la présence de zone de By-pass des écoulements gravitaires apparait liée à l’augmentation de la pente et aux transformations des écoulements au passage des zones de ressaut hydraulique. Les modalités de biseaux amont des systèmes turbiditiques sont directement reliées à la présence de zone de changement de pente, où le phénomène de ressaut hydraulique entraine le dépôt d’une partie de la charge sédimentaire la plus grossière des écoulements sous forme de lags deposits s’accompagnant ou non d’une érosion partielle du fond marin. Cette érosion peut prendre la forme de structure du type plunge and pool dans le cas d’une diminution importante de la pente. Les biseaux peuvent également se mettre en place par des phénomènes d’érosion/dépôts régressifs sur la pente. Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une thèse CIFRE en partenariat avec l’université Côte d’Azur, le groupe TOTAL et le laboratoire de Géoazur. / Turbidite systems present both academic and industrial interest for research. They correspond to important marin accumulations developing at the base of the continental slope, with a complex organization. The gravitational processes for transporting materials within these systems are varied and organized along a longitudinal continuum evolving from the most concentrated deposits to turbulent downstream currents through pressure drop and water incorporation effects. Among the many parameters controlling the organization of these systems, the inclination of the continental slope appears as a major parameter. The recent discoveries of oil reservoirs at the foot margins considered as “steep” associated with stratigraphic traps arouse particular industrial interest in the methods of setting up these systems at the transition between the basin zone and the slope. The analysis of the deposition architectures, and the hydrodynamic variations of the flows in these critical zones of field appears as crucial from an academic and petroleum point of view. The turbidite system of the Tabernas Basin in Spain (Upper Tortonian / Messinian Pre-Evaporitic), the Annot Sandstone in the South-East Basin (France, Eocene / Oligocene) and the Cretaceous system of the Ivorian margin develop in steep margin contexts with steep slopes profiles constituting good analogs adapted to the study of this type of stratigraphic trap. This work is based on field data (sedimentological log survey, cartography, paleocurrent measurement) and on the analysis of a 3D seismic block along the Ivorian margin to reinforce the relevance of the comparisons. Deposits of these turbidite system indicate segregation processes with preferential trapping of the coarser particles located in the upstream zones at the level of the slope break along the thalweg. These variations of the topography initiated a hydraulic jump causing a change in the flow condition. The detailed study of the architecture and the formation of these deposits forming the upstream pinch-out on the slope brings a new light on the continuity of these sandbodies within the zones of canyon and the transition canyon / basin. In addition, this analysis highlights the impact of the slope failure zones and the hydraulic jump phenomenon that may result. The pseudo-three-dimensional character of all outcrops studied seems to validate the existence of upstream pinch-out of turbidite systems. Nevertheless, none of them allows to document the upstream recovery by clays; which would ensure in real conditions the quality of the cover. Upstream of these pinch-out, the presence of by-pass zones appears related to the increase of the slope gradient and the flows transformations while crossing the hydraulic jump. The upstream pinch-out modalities of turbidite systems are directly related to the presence of a slope break where the hydraulic jump phenomenon causes the deposition of a part of the coarsest sediment load as lags deposits accompanied partial erosion of the seabed, often taking the form of plunge and pool in the case of a significant decrease of the slope. This work was conducted as part of a CIFRE thesis in partnership with the Côte d'Azur University, the TOTAL group and the Géoazur laboratory.

Les Grès d’Annot préservés dans les chaînes subalpines méridionales sont des turbidites riches en sable déposées dans le basin d’avant pays alpin durant l’Eocène supérieur et l’Oligocène inférieur. La sédimentologie et la stratigraphie de ce système turbiditique ont déjà été étudiées, mais le contexte structural reste mal connu. Cette thèse est consacrée à l’étude tectonique des Grès d’Annot, combinant un travail de terrain et l’utilisation d’outils de modélisation géométrique en 3D (gOcad) et cinématique (Trishear), centrés sur les sous-bassins d’Annot, du Grand Coyer et de Sanguinière. L’objectif est d’étudier l’héritage et l’évolution structural du bassin turbiditique et de le replacer dans le contexte régional du SE de la France. Les résultats indiquent que le remplissage du bassin périalpin précoce (Eocène et Oligocène) est bien plus complexe qu’une simple migration de la sédimentation (Grès d’Annot) et de la déformation vers l’avant pays. Ils révèlent des interactions entre tectonique et sédimentation à différentes échelles. A l’échelle de l’avant-pays, une coupe équilibrée illustre le contrôle primordial de la marge passive salifère préexistante sur la structure de la chaîne plissée. Le sel triasique constitue un décollement basal régional, qui de par sa faiblesse, a accommodé une déformation alpine précoce d’une large zone de l’avant-pays dès l’Éocène moyen et supérieur. Les variations de stratigraphie mécanique des séries mésozoïques sont à l’origine d’un changement de style structural : lors de la compression, plusieurs niveaux de décollement actifs se développent dans la partie orientale où les séries sont plus argileuses et plus fines. Ceci induit, en surface, une géométrie de bassin complexe avec des plis de longueurs d’ondes différentes et des migrations de charnière au cours de la sédimentation turbiditique. L’héritage structural du bassin d’avant-pays, jusqu’alors sous-estimé, est le résultat de l’ouverture de la Téthys alpine et d’une déformation précoce régionale exprimée par des plis d’axe E-W qui débute dès le Crétacé supérieur et s’accentue durant l’Éocène moyen. Des résultats préliminaires de thermochronologie (datations U-Th/He sur zircons détritiques de grès moyens à grossiers ou de granodiorites présentes dans les coulées de débris du dépocentre de Sanguinière) suggèrent une exhumation des reliefs à l’origine du matériel détritique liée à cette déformation crétacée. L’étude structurale détaillée de la série des Grès d’Annot et de son substratum dans les sous-bassins d’Annot et du Grand Coyer permet de définir en 3D les connections entre les dépocentres et de proposer une évolution structurale de ceux-ci à l’échelle du bassin. Les paléocourants montrent un parallélisme avec la direction des plis majeurs, indiquant un confinement alors que des directions divergentes à proximité des structures tectoniques plus mineures ou transverses suggèrent que ces dernières interagissent avec les écoulements. Les turbidites se déposent parallèlement dans plusieurs synclinaux alpins, actifs en alternance ou en même temps. A l’échelle des dépocentres, la modélisation géométrique 3D du dépocentre d’Annot en utilisant gOcad permet d’identifier les structures héritées et de démontrer la contemporanéité du plissement alpin et des dépôts turbiditiques. La migration de l’onlap des dépôts de grès et la variation des pendages à l’intérieur des membres turbiditiques sont associées à une migration du dépocentre. Cette géométrie est liée à une migration de la charnière synclinale qui favorise une tendance des dépôts à migrer latéralement plutôt qu’à s’empiler.D’un point de vue sédimentologique et stratigraphique, les Grès d’Annot sont connus pour être un bon analogue des réservoirs des grands fonds de type « riches en sable », situés sur les marges passives en aval de deltas. / The Annot Sandstone, exposed in the southern sub-alpine chains, consists of sand-rich turbidites deposited in the Tertiary Alpine foreland basin (Upper Eocene – Lower Oligocene Annot Sandstone basin). While the sedimentology and stratigraphy of this turbidite system have been largely described and discussed, its structural framework remains unconstrained. This thesis presents a study of the tectonics of the Annot Sandstone basin based on field surveys and 3D geometrical (gOcad) and kinematic modelling (Trishear), focusing in particular on the Annot, Grand Coyer and Sanguinière sub-basins. Objectives were to determine the structural evolution of the sub-basins, including the role of inherited features, and to use these data to better constrain the alpine tectonic history of SE France.Infill of the early alpine foreland basin is more complex than a simple foreland migration of sedimentation and deformation. Results reveal complex interactions of tectonics and sedimentation at different scales during deposition of the Annot Sandstone.•At the foreland scale, a balanced cross-section illustrates the critical control by the pre-existing salt-based passive margin architecture on the structure of the fold and thrust belt. Triassic evaporates regionally acted as a weak basal detachment, accommodating an early alpine deformation phase of the whole foreland from the Middle to Upper Eocene. Variations in mechanical stratigraphy within the Mesozoic sediments generated a change in structural style. For example, the eastern region is characterized by a thinner, shalier Mesozoic succession, leading to several active detachments during alpine compression. Multiple fold wavelengths and synsedimentary rolling hinges generated by these active detachments led to complex depocentres. The previously under-estimated structural heritage of the foreland basin derived from rifting and spreading of the Alpine Tethys and from an early regional deformation responsible for E-W trending folds, which began in the Late Cretaceous and increased during the Middle Eocene. Preliminary thermochronology results (U-Th/He datings on detrital zircons of medium to coarse sandstone blocks and granodiorite blocks from debris flows of the Sanguiniere depocentre) suggest an exhumation of source areas during this Cretaceous deformation.•A detailed study of structures within the Annot and Grand Coyer sub-basins and their Cretaceous substrate revealed connected depocentres evolving in 3D at the basin scale. Paleocurrent directions are mainly parallel to the main alpine fold axes recording structural confinement, while some diverging directions indicate flow interaction with minor or oblique tectonic features. Turbidites were deposited along the axis into several alpine synclines, which were simultaneously or successively active.•Concerning the depocentre infill, 3D geometrical modelling of the Annot depocentre (using gOcad) was used to identify inherited structures and to constrain alpine fold activity during turbidite deposition. The onlap migration and the specific stacking and dip pattern within turbidite members (laterally rather than vertically stacked deposits) record depocentre migration linked with a rolling synclinal hinge. Due to its sedimentology and its stratigraphy, the Annot Sandstone is well-known as an analogue for sand-rich reservoirs deposited at delta toes in deep-water passive margins. This study reveals that, structurally, it is also a good example of axially-sourced turbidite depocentres developed on a multi-detachement fold and thrust belt