The southern Campos Basin comprises syn- and post-rift strata characterised by thick and extensive units of non-marine limestones. These carbonate platforms are scientifically significant due to their unusual palaeoenvironmental setting, and the complexity of the factors controlling their accumulation. They are of economic importance due to discoveries of giant hydrocarbon accumulations in these non-marine carbonate rocks. 3D seismic interpretations show an oblique extensional rifting system that formed a series of graben, half-graben, accommodation zones and horsts oriented NESW to NNE-SSW. The area is subdivided into three tectonic domains based on structural style, stretching factors and subsidence rates. The structural template of the syn-rift exerts a strong influence on depositional patterns. Core logging and thin-section work together with FMI and sidewall core data indicate proximal to more distal lacustrine carbonate deposits with fluvio-deltaic clastics in marginal areas. The dominant carbonate facies are molluscan rudstones and floatstones and a taphonomic analysis (taphofacies) of the cored intervals and exposure surfaces indicate accumulation in shallowing-upward cycles in response to changes in lake level. Microbialite facies, Aptian in age, appear to occur in the most distal locations in restricted palaeoenvironmental conditions. Facies models are presented for the skeletal, mollusc-rich deposits of the Barremian Coqueiros Formation and the overlying microbialite-rich Aptian Macabu Formation. The deposits are stacked in a hierarchical arrangement of four levels of cyclicity ranging from the entire rift basin fill to metre-scale cycles. Controls on formation of these cycles include structural setting, climate and lacustrine margin progradation. Different types of carbonate platform form in the different basinal settings and include footwall areas of fault-blocks, accommodation zones and buried horst blocks. The southern Campos Basin evolves from an initial alkali lake (Barremian) to a main phase of syn-rift, brackish lake conditions. The post-rift succession (Aptian) is characterised by both brackish and hypersaline conditions.

Les calcaires sont des roches sensibles aux phénomènes physiques et chimiques qui peuvent les dissoudre, les cimenter ou les fracturer. Dans ce cas, les propriétés des calcaires vont évoluer en fonction de ces différents processus qui varient dans le temps et dans l’espace. Or les réservoirs carbonatés peuvent s’étendre sur plusieurs centaines de kilomètres. Afin d’exploiter ces réservoirs géologiques (ressources en eau, gaz ou pétrole), il est donc nécessaire de caractériser en 3 dimensions leurs propriétés (porosité, perméabilité) ainsi que les hétérogénéités géologiques ou tectoniques, qui peuvent modifier la géométrie du réservoir ou ses propriétés. L’acquisition de données locales (affleurements, forages), réparties sur la totalité du réservoir, pose la question de leurs représentativités projetées sur l’ensemble du volume de roche mais aussi de leurs distributions entre les points d’acquisitions qui sont espacés de plusieurs kilomètres. Cette thèse propose d’étudier les propriétés des calcaires Urgoniens (d’âge Barrémien supérieur – Aptien inférieur) situés en Provence, analogues aux calcaires des réservoirs d’hydrocarbures présents au Moyen-Orient. Trois sites comportant différentes échelles sont étudiés afin de caractériser cette série carbonatée. L’étude propose ensuite des règles géologiques dans le but d’extrapoler les mesures réalisées sur des échantillons d’unités centimétriques à l’échelle hectométrique / Carbonates are sensitive to physical and chemical processes which can dissolve, cement or fracturing them. In this case, the carbonate properties evolve according to these different changes that vary in time and space. Carbonated reservoirs can extend for hundreds of kilometres. To prospect these geological reservoirs (water, gas or oil resources), it’s therefore necessary to characterize in 3 dimensions their properties (porosity, permeability), as well as geological and structural heterogeneities which can modify the basin geometry or the reservoir properties. The acquisition of local data (outcrops, boreholes) compared to the properties distributed at field scale ponder their representativeness at multi-kilometres scale but also their distribution between the acquisition area. This thesis proposes to study the properties of Urgonian limestones (Upper Barremian - Lower Aptian) located in Provence, analogue of Middle East hydrocarbon reservoirs. Three sites with different scales are studied to characterize this carbonate series. Additionally, this study proposes geological rules to upscale the measurements made on centimetric samples to hectometric scale

This study is a multi-proxy analysis of a 30-m section of a Barremian-Aptian succession of interbedded, grayish black (N2) and black (N1) limestones from a quarry of the Sierra de Prada. Index taxa include planktic foraminifera Globigerinelloides blowi and Hedbergella sigali, which combined with δ13C data from Cresmina and Gorgo a Cerbara sections indicate a late Barremian to early Aptian age. The rocks are organic-rich with 0.67 - 3.10 wt% total organic carbon (TOC). A marlstone interval (~1m) at 2.24 m has a low bioturbation index (1), TOC ~6.66 wt%, framboidal pyrite, and enrichment spikes of major, biolimiting, and redox-sensitive trace elements (Al, Si, Ti, P, Fe, and Mo, Cr, Cu, V, Th), indicating an anoxic episode. Biomarker analyses show a predominance of n-alkanes (≤nC20) at this level, suggesting an in situ origin of organic matter from phytoplankton. Pr/Phy ratios below 2 imply that organic matter did not reach overmaturity.

Les systèmes carbonatés, anciens et actuels, se retrouvent au coeur d’enjeux économiques et sociétaux majeurs, notamment dans le domaine énergétique où ils représentent une part considérable des réserves prouvées de gaz et de pétrole. La présente thèse se focalise sur la plate-forme urgonienne Provençale (Barrémien supérieur–Aptien inférieur), analogue d’affleurement prouvé de réservoirs carbonatés du Moyen-Orient. Près d’une trentaine de coupes stratigraphiques, incluant notamment deux forages réalisés dans le cadre de ce travail, ont été considérées sur l’ensemble du domaine Provençal. La reconnaissance de surfaces d’émersion et d’ennoiement contraintes biostratigraphiquement permet d’appréhender régionalement l’évolution paléogéographique et l’architecture stratigraphique. Plusieurs phases de progradation en direction des bassins adjacents, entrecoupées d’épisodes de perturbation de la production carbonatée, sont identifiées en Provence. Un scénario stratigraphique comparable est proposé pour les plates-formes urgoniennes du Pourtour Vocontien. En Provence, la compartimentation réservoir de la plate-forme urgonienne est principalement contrôlée par le contexte séquentiel des dépôts qui induit une dualité entre des carbonates cimentés précocement et ceux préservant un certain espace poreux. Les règles géologiques définies dans cette étude 1) servent à la réalisation d’un modèle numérique 3-D destiné aux simulations des écoulements à l’échelle de l’aquifère karstique de Fontaine-de-Vaucluse, dont le débit à l’exutoire est classé au cinquième rang mondial, et 2) aident à la prédiction des hétérogénéités sédimentaires et pétrophysiques des systèmes carbonatés / The analysis of carbonate systems is at the heart of major economic and societal challenges, especially in the energy field since they represent significant oil and gas reserves. The present thesis focuses on the Urgonian Provence platform (upper Barremian–lower Aptian interval) which is considered as a valid outcrop analogue of middle East carbonate reservoirs. About thirty stratigraphic sections, including newly acquired cores, are considered throughout the Provence domain. The recognition of biostratigraphically constrained exposure and drowning surfaces enables us to restore the regional palaeogeographic evolution along with the stratigraphic architecture. Several phases of platform progradation toward the adjacent basins, interrupted by episodes of changes in carbonate production, are identified in Provence. A comparable stratigraphic scenario is proposed for the peri-Vocontian Urgonian platforms. In Provence, the reservoir compartmentalisation of the Urgonian platform is mainly controlled by the sequence stratigraphic context that induced a distinction between early cemented carbonates and those preserving part of their original porosity. The geological rules provided in this study 1) are implemented into a 3-D numerical model intended for fluid-flow simulations at the scale of the Fontaine-de-Vaucluse karstic aquifer, whose karst spring is the fifth largest in the world, and 2) help in predicting the sedimentary and petrophysical heterogeneities of carbonate systems