L'étude de la dynamique de l'érosion des chaînes de montagnes ne prend en général pas en compte l'influence de la sédimentation de piedmont. Or le remplissage des bassins d'avant-pays est le plus souvent carractérisé par des séquences de comblement, entraînant une élévation du niveau de base des rivières qui draînent les chaînes. L'objectif de ce travail est de montrer dans quelle mesure la dynamique du relief est perturbée par la sédimentation de piedmont. La démonstration s'appuie sur l'analyse de l'évolution de la morphologie des Pyrénées, dont les stades précoces sontpréservés par d'épais dépôts détritiques sur le versant sud, et qui est carractérisée par une pénéplaination miocène dont les reliques aujourd'hui culminent à près de 3000 m. L'évolution proposée est testée à travers une modélisation expérimentale sur l'influence de la sédimentation de piedmont sur la dynamique d'un relief en surrection.

Cette thèse est une étude du bassin d’avant-pays de l’Oural méridional au Kazakhstan (Mougodjar) à partir de données sédimentologiques (affleurements) et de sub-surface (profils sismiques, puits). Une étude sédimentologique des séries turbiditiques d’âge Carbonifère terminal-Permien inférieur a été menée dans le Mougodjar. L’étude des dépôts a permis de caractériser les environnements des dépôts turbiditiques et de mettre en évidence des séquences de long terme se succédant du Carbonifère terminal au Permien inférieur. L’analyse des faciès turbiditiques montre que les séquences de long terme sont contrôlées par les fluctuations du niveau marin global sous contrôle glacio-eustatique. L’orogenèse du Permien inférieur associée à la surrection de l’Oural a contrôlé le volume et la nature des apports sédimentaires alimentant le bassin d’avant-pays. Ceci se traduit par l’importance variable des conglomérats et brèches de démantèlement du matériel volcanique et des plate-formes carbonatées situées sur les marges du bassin et par des réorganisations locales des pentes sous-marines (changements de sens des paléo-courants). Les minéraux smectitiques dominent les assemblages argileux analysés dans les séries du Carbonifère terminal au Permien inférieur. L’illite, la kaolinite et la chlorite sont présentes en plus faibles proportions. Les assemblages argileux indiquent une relative pérennité des apports détritiques qui varient au cours du temps selon la distribution des faciès turbiditiques. Les fluctuations climatiques n’apparaissent pas contrôler la distribution des minéraux argileux qui semble plutôt associée (1) à l’érosion de stocks argileux variés en fonction des fluctuations eustatiques et/ou (2) à la redistribution du matériel détritique le long d’un transect proximal-distal sous l’effet de processus de tri granulométrique. La distribution de la matière organique principalement marine du Dévonien moyen au Carbonifère, montre que les paléoenvironnements étaient favorables à de fortes paléo-productivité de surface probablement associées à une dysoxie/anoxie de toute ou partie de la colonne d’eau, dans un contexte de bassin marin restreint. Les plus fortes valeurs de COT (20 %) mesurées dans la coupe de Kiya (Famennien) sont pourraient être associées à un des OAEs majeurs du Dévonien, l’évènement Hangenberg, mais la précision des données biostratigraphiques disponibles ne permet pas de l’assurer. Quoi qu’il en soit, les OAE qui se succèdent au Dévonien auraient pu favoriser l’accumulation et la préservation de la matière organique dans le Dévonien du Mougodjar, en plus des facteurs physiographiques (restriction du bassin vers le sud). Les fortes concentrations en carbone organique (COT 20%) des sédiments dévoniens montrent de bonnes roches mères potentielles. Les teneurs en carbone organique, surtout d’origine terrestre, des sédiments turbiditiques permiens sont plus faibles (COT pouvant cependant atteindre 4%) mais assez élevées dans certains niveaux stratigraphiques. Les faciès silto-sableux proximaux ont livré les plus fortes concentrations en COT. Ces turbidites permiennes ont des caractéristiques de réservoirs. Elles peuvent aussi se révéler de roches-mères gas-prone potentielles. L’interprétation des données de sub-surface nous a permis de préciser la structure du bassin d’avant-pays à l’échelle de l’Oural méridional. Il est constitué de plis et de chevauchements à vergence est qui résultent d’une évolution polyphasée. Les plis s’amortissent vers l’ouest et passent à la partie peu déformée du bassin puis à la plate-forme. A partir de ces données nous avons reconstruit des schémas d’évolution tectono-sédimentaire et des cartes paléogéographiques de la partie occidentale du Mougodjar. / This thesis is dedicated to the study of the foreland basin of southern Ural in Kazakhstan (Mougodjar). Sedimentological data have been collected from field investigations, and sub-surface data (seismic profiles, wells) have been studied. A sedimentological investigation of the turbidites, Carboniferous to Early Permian in age, has been performed. It allowed to characterize the environments of deposition of the turbidites and to evidence the long-term succession from uppermost Carboniferous to early Permian. The analysis of turbides indicates that the long-term sequences are controlled by global sea-level changes controlled by glacio-eustatism. The Early Permian orogeny, associated to the uplift of the Ural chain, controlled the quantity and quality of the sedimentary input sourcing the foreland basin. Important variations in the conglomeratic levels reflect (1) the erosion of material from the volcanic arc and carbonate platforms constituting the margins of the basin, and (2) local reorganizations of sub-marine slopes (changes in paleo-current directions). The smectitic minerals are the most frequent in the clay minerals assemblages reported in the uppermost Carboniferous to Early Permian sequences. Illite, Kaolinite, and chlorite are less frequently observed. This assemblage of clay minerals shows a permanence of detrital sources filling the basin. This pattern is thought to reflect a sorting effect of the clay particles along a proximal-distal transect, either than a direct paleoclimatic control. The distribution of the organic matter, mainly marine from the Middle Devonian to the Carboniferous indicates that the paleoenvironments were looked favourable to high surface paleoproductivities associated to a dysoxy/anoxy of all, or part, of the water column in the context of a restricted marine basin. The highest values of COT (20 %) found in the Kiya section (Fammenian) may be associated to a major Devonian OAE, the Hangenberg event. However, the accuracy of available biostratigraphic data does not allow to ensure such correlation. Indeed, OAE events may have favoured the accumulation and preservation of the organic matter in the Mougodjar, in addition to physiographical effects (e.g., the relative closure of the basin toward the south). The high concentration in organic carbon (COT 20%) of the Devonian sediments shows good potential source rocks. The content in organic matter, mainly from terrestrial origin, of the Permian turbidites are lower (COT reaching up to 4%), but quite high in some stratigraphic levels. The proximal silty-sandy deposits display the higher COT values. These Permian turbidites may be good reservoirs. They could also be potential gas-prone source rocks. The study of the sub-surface data allowed us to determine the structure of the foreland basin at the scale of southern Ural. It is constituted of folds and west-vergent thrusts resulting from a polyphased tectonic evolution. The folds gradually disappear toward the west passing westward either to the stable Russian platform in the north or to the eastern Pre-Caspian basin to the south. We have reconstructed the tectono-sedimentary evolution of the western Mougodjar through paleogeographic maps. Five key periods have been selected between the Devonian to early Permian period. Our reconstructions evidence two main orogenic events: (1) a first collision between the European continent and the Magnitogorsk volcanic arc in Middle Devonian, and (2) the major uralian orogeny during the Late Carboniferous to Early Permian times resulting from the collision of the European continent with the Kazakh and Siberian plates. This event originated the foreland basin, which is almost completely fulfilled by a thick detrital sequence. In Kungurian, the foreland basin is almost completely isolated and a thick evaporitic sequence deposited.

Le propos du travail présenté ici est de montrer les influences respectives de l'eustatisme et de la tectonique sur l'enregistrement stratigraphique d'une série deltaïque dans un bassin d'avant-pays. L'étude a reposé principalement sur l'interprétation en stratigraphie séquentielle haute résolution de données de terrain, acquises dans le bassin de Jaca (Pyrénées espagnoles, Province de Huesca). Il est présenté en premier lieu une synthèse faisant l'état des connaissances sur la méthode d'étude, c'est à dire la stratigraphie séquentielle, sur le problème posé, soit les influences relatives de la tectonique et de l'eustatisme sur l'enregistrement stratigraphique, et enfin sur le cadre géologique régional de bassin de Jaca. La première partie de l'étude proprement dite a été une interprétation sé d imentolo~ique des dépôts de l'Eocène supérieur du bassin de Jaca. Il est proposé une description exhaustive de tous les faciès sédimentaires, avec leur interprétation en termes de mécanismes de dépôt et de milieux de sédimentation. L'analyse des associations verticales préférentielles de faciès a permis de mettre en évidence l'existence de quatre grands types de systèmes sédimentaires : des rampes de tempêtes à basse énergie, des deltas de piémont à réseaux en tresses, des deltas *vrais* à dominante d'hydrodynamique fluviatile, et des sy.stèmes d'estuaires et de replats de marées. L existence de différents types de systèmes sédimentaires a conduit à établir plusieurs diagrammes de substitution de faciès, qui ont servi de base aux interprétations en stratigraphie séquentielle haute résolution. F'aisant suite à l'établissement du cadre sédimentologique, est abordé le problème de la reconstitution des géométries stratigraphiques à toutes les échelles. Il est montré une description à très haute résolution (résolution verticale inférieure à un mètre) d'une formation deltaïque de la bordure nord du bassin -les Grès de Sabinanigo-et une reconstitution à haute résolution, à partir des affleurements de la bordure sud. Les résultats de cette approche Qéométrique ont conduit à proposer une modification de la démarche d'analyse en stratigraphie séquentielle haute résolution dans un contexte à très fort contrôle structural synsédimentaire, en privilégiant la corrélation par dénombrement des unités stratigraphiques plutôt que la corrélation de tendances évolutives. Il est présenté ensuite les résultats de l'étude de données de sismique,avec une discussion sur la géométrie générale des dépOts éocènes dans le bassin. et la proposition d'un modèle expliquant la genèse d'une série d'anticlinaux d'axe méridien dans la bordure sud du bassin. La compréhension du cadre sédimentologique et des géométries a permis de répondre à la question initiale de la distinction des influences respectives de la tectonique et de l'eustatisme. Il est montré que chaque ordre de variation allocyclique enregistré dans la série peut être rapporté à un phénomène précis (tectonique ou eustatique). Il est mis en évidence la superposition d'au moins deux ordres de variation eustatique à haute (quelques dizaines de milIIiers d'années) et moyenne (quelques centaines de milliers d'années) fréquences. Les amplitudes de ces variations seraient de l'ordre de quelques mètres. Ces variations eustatiques contrôlent l'architecture haute résolution de la série et provoquent des modifications rapides dans le temps de la nature des systèmes sédimentaires. tl est montré par ailleurs l'influence d'au moins deux ordres de variations tectoniques: des mouvements à courte longueur d'onde (plis, failles) qui contrOle nt ta géométrie et l'emplacement des corps sédimentaires, et un mouvement de moyenne à grande longueur d'onde (flexuration du bassin), qui détermine la variation à long terme dans le temps et l'espace de la position des systèmes cfe dépôt. Cette déformation régionale est capitale, dans la mesure où elle permet à tous les autres facteurs de contrôle d'être enregistrés, par la création permanente d'accomodation.

La paléohydrologie permet l'estimation des paramètres hydrologiques allant de la géométrie du chenal à celle du bassin versant, en passant par la dynamique des écoulements et le climat. Bien que les systèmes fluviatiles soient connus pour évoluer sous contrôle de paramètres allo- et auto-cycliques, leur influence n'a que peu été prise en compte dans les études antérieures. Nos travaux exposent une méthode originale de restitution paléohydrologique, basée sur la hauteur des barres de méandre (hauteur d'eau) et contrainte par le climat. Des équations originales exprimant les différents paramètres hydrologiques en fonction de la hauteur d'eau sont développées à partir de données hydrologiques actuelles appartenant à deux domaines climatiques différents. Ces lois sont validées à travers une application à deux cas d'étude géologiques bien contraints : les systèmes méandriformes Oligo-Miocène subtropical semi-humide d'avant-pays alpin (SE France) et subtropical à saisons sèches d'avant-pays ibérique (Centre Espagne). Les restitutions paléohydrologiques sont en parfait accord avec les zones source et les vitesses d'écoulement fournies par les données de terrain. Les influences respectives du climat, de la tectonique et du niveau de base sont quantifiées et discutées à travers les résultats paléohydrologiques. Les restitutions paléo-hydro-climatiques montrent la mise en place à l'Aquitanien inférieur d'un gradient climatique entre l'Espagne et la France et l'enregistrement de l'épisode froid du Mi1. L'analyse des changements de tailles des systèmes met en évidence le passage de régime méandriforme à anabranché en réponse à des déformations tectoniques liées à la création des Alpes.

Le bassin d'Avant-Pays Andin de Bolivie, situé à l'Est de la Cordillère des Andes, couvre une superficie de près de 500.000 km2 et présente une épaisseur de sédiments dépassant 6500 m dans sa partie proximale. L étude présentée se fonde sur l'analyse d'affleurements, de données de forages et de sismique 2D obtenus au cours de l'exploration pétrolière du bassin. Le remplissage du bassin provient essentiellement de l'érosion des formations paléozoïques et mésozoïques de la Cordillère Orientale. La structuration et l'intensité de la déformation de la chaîne se traduisent par un système de séquences grano et strato-croissantes qui caractérise la période Oligocène à Actuel. Les unités stratigraphiques caractérisent 5 périodes tectoniques: 10 Période Oligocène supérieur-Miocène inférieur: Formations Petaca, Areniscas Superiores-Transici6n, Naranjillos et Bala, cette dernière constituant un équivalent latéral septentrional de la Formation Petaca ; 2° Période Miocène moyen-supérieur: Formation Yecua ; 3° Période Miocène supérieur-Pliocène: Fonnations Tariquia et Quendeque; 4° Période Pliocène: Formations Guandacayet Charqui ; 5° Période Pliocène supérieur-Quaternaire : Formations Emborozu et Tutumo. La géométrie récente du bassin est contrôlée par la paléogéographie et par le bâti structural ancien dont les structures ont été réactivées durant les déformations tertiaires. La partie proximale du système constitue le Subandin et le Piedmont, cependant que la plaine Chaco-Beni représente la partie très faiblement déformée, voire non déformée, du bassin en direction de l'Est. Dans la partie centrale et distale du bassin, la zone du BoomerangChapare est contrôlée par un système de fractures transpressives subverticales. La succession Phanérozoïque et le socle Précambrien sont impliqués dans la déformation. Les effets de l'érosion et les discordances progressives de la série phanérozoïque sont bien caractérisés y compris dans la partie la plus proximale du bassin (Subandin et Piedmont). La génération, l'expulsion, la migration et le piégeage des hydrocarbures qui se sont effectués dans le bassin sont essentiellement liés aux événements tectono-sédimentaires des derniers 6 Ma. La génération des hydrocarbures a comporté au minimum deux étapes qui expliquent que différentes qualités et différentes origines d' hydrocarbures puissent être rencontrées dans une même structure; la première est liée à des roches-mères du Silurien-Dévonien inférieur et la seconde à des roches-mères du Dévonien moyen-supérieur.

Afin d'étudier la dynamique d'un système orogène/avant-pays et plus particulièrement l'impact des processus de surface sur son développement, notre travail se base sur deux axes principaux. Dans une première partie, à l'aide de modèles analogiques de prisme d'accrétion, nous analysons les interactions entre la tectonique, l'érosion et la sédimentation au cours de la croissance de l'orogène. Le modèle de base reproduit l'évolution d'une section de prisme, qui s'étend de l'orogène au bassin d'avant-pays, et où les héritages à la fois structural et lithologique sont simulés. Dans une seconde partie, l'accent est mis sur la tectonique récente et les processus géomorphologiques qui affectent la klippe des Préalpes suisses et les unités structurales environnantes (le bassin molassique et le Jura). Des analyses de télédétection permettent d'évaluer l'influence de la tectonique sur le réseau de drainage et la morphologie du paysage. De plus, des analyses de terrain menées localement dans les Préalpes fournissent des informations sur la nature et la cinématique des fractures cassantes et des champs de paléocontraintes.

Les bassins d'avant-pays se développent au front des orogènes par flexure de la lithosphère. L'héritage structural et thermique de celle-ci joue un rôle fondamental dans leur évolution et différentes sources peuvent contribuer à la subsidence du bassin. Cette thèse analyse les effets de l'héritage d'un épisode de rift sur un rétro-bassin d'avant-pays qui s'est développé alors que la lithosphère n'avait pas retrouvé son état d'équilibre. Le Bassin Aquitain est le rétro-bassin d'avant-pays pyrénéen qui s'est développé au Campanien-Miocène. L'orogenèse pyrénéenne fait suite à un épisode de rifting Aptien-Cénomanien durant lequel la croûte a été fortement amincie et le manteau sous-continental exhumé. Les effets de l'héritage crustal dus au rift sur l'évolution du bassin sont étudiés par une analyse des structures dans la croûte, du comportement flexural de la plaque européenne et de la distribution des sédiments synorogéniques. L'évolution de la subsidence dans le bassin est étudiée par analyse de subsidence 1D d'après des données de forages. Enfin, les mécanismes d'inversion de la marge européenne sont étudiés par restauration d'une coupe structurale à échelle crustale. Cette étude aide à définir le rôle de l'héritage d'un ancien système de rift sur la mise en place et l'évolution d'un bassin d'avant-pays ainsi que le rôle des différentes sources de subsidence et leurs variations spatio-temporelles. Cette étude démontre également les liens étroits entre l'histoire du rétro-bassin d'avant-pays et les mécanismes et phases d'inversion de la marge hyper-amincie / Foreland basins develop in front of orogens by flexure of the lithosphere. When they initiate over a crust that has been affected by a previous tectonic event, structural and thermal inheritance have a fundamental role in their evolution and different sources may contribute to basin subsidence. The present work analyzes the impact of inheritance from a rifting event on a foreland basin, which develops while thermal reequilibration has not been achieved at the time of loading. The Aquitaine Basin is the Pyrenean retro-foreland basin that developed from Campanian to Miocene. The Pyrenean orogenesis follows an Aptian-Cenomanian rifting during which the continental crust is thinned and sub-continental mantle exhumed. The orogenesis starts only 10 Myr after the end of rifting. The effects of crustal inheritance due to rifting on the evolution of the basin are studied by analyzing crustal structures, flexural behavior of the European plate, and foreland succession distribution. The subsidence evolution of the basin is studied by the 1D backstripping technique using borehole data. Finally, inversion mechanisms of the European margin are studied by cross-section construction and restoration at crustal scale. This study helps to define the role of rift inheritance on the initiation and the evolution of a retro-foreland basin, as well as the relative role of subsidence sources and their variations in space and time. The present work also shows the strong relationship between the retro-foreland basin's history and both mechanism and the history and mechanisms of inversion of a hyper-extended margin

Les bassins d'avant-pays alpins constituent des domaines où il est possible de caractériser et de quantifier les relations entre la tectonique et la sédimentation. . Nous avons ciblé notre étude sur les bassins marins paléogènes d'Annot, Barrême et Saint--Antonin dans le domaine externe des Alpes méridionales. Les nouvelles études biostratigraphiques montrent un diachronisme insoupçonné entre le système d'Annot/Saint-Antonin et le bassin de Barrême, et des taux de sédimentation contrastés dans le temps et dans l'espace. L'analyse verticale de faciès aboutit à proposer un découpage en cortèges sédimentaires. Nous observons des évolutions semblables et synchrones de l'enregistrement des séquences de dépôts, entre les bassins d'Annot et Saint-Antonin, et entre les différents systèmes deltaïques de Barrême. L'intégration des données biostratigraphiques nous permet de corréler le découpage séquentiel entre les bassins, mais également avec les standards chronostratigraphiques. L'histoire marine des bassins paléogènes de l'arc de Castellane est compatible avec la superséquence TA4. Cependant la déformation active dans les bassins d'avant-pays, tout d'abord liée à la subsidence tectonique du foredeep puis à la surrection, conduit à une modulation de l'enregistrement eustatique. La subsidence tectonique amplifie les remontées et atténue les chutes eustatiques. Ce processus est diachrone et d'intensité variable. La surrection, également diachrone, entraîne une baisse progressive de l'espace disponible et génère un régime de régression forcée. Là où la déformation plicative est marquée (à Saint-Antonin et à Barrême), la superposition des oscillations du niveau marin génère des éventails synsédimentaires. Une approche pluridisciplinaire nous a permis d'apprécier les interférences localisées entre les mécanismes structuraux, sédimentaires et eustatiques, entraînant ainsi des architectures variées du remplissage sédimentaire des bassins d'avant-pays paléogène des Alpes-méridionales

Situé dans le domaine périalpin à moyenne paléolatitude, le Bassin Molassique Rhodano-Provençal enregistre durant le Miocène, une sédimentation bioclastique particulière. Ces séries miocènes sont caractérisées par un réseau de vallées incisées. Cette thèse se fonde sur l'analyse des séries affleurant dans les secteurs de Vénasque (Aquitanien-Langhien) et de Martigues (Aquitanien-Tortonien). L'objectif est d'étudier les corps bioclastiques (pétrographie, architecture sédimentaire, environnements de dépôt et diagenèse) afin de déterminer leur potentiel pétrolier. Après la formation de vallées fluviatiles en bas niveau marin, les sédiments déposés sont dominés par une dynamique tidale strictement sous aquatique. Ils peuvent être séparés en deux groupes : les intervalles bioclastiques et les intervalles marneux, respectivement transgressifs et de haut niveau marin. Les corps bioclastiques présentent le meilleur potentiel réservoir mais sont caractérisés par une forte hétérogénéité interne. Cette hétérogénéité résulte d'une combinaison de facteurs hydrodynamiques, écologiques et diagénétiques associés aux cycles tectono-eustatiques. L'établissement d'un schéma séquentiel précis en relation avec la diagénèse permet de caractériser le potentiel des réservoirs bioclastiques confinés dans des vallées sous-marines. Les dépôts du Miocène rhodanien constituent un analogue terrain exceptionnel pour la compréhension des réservoirs actuellement impliqués dans des systèmes pétroliers.

Le besoin de connaître toujours plus finement les réservoirs (pétrole/gaz, stockage du CO2, des déchets...) se heurte au problème de la résolution temporelle (stratigraphique), notamment pour les séries sédimentaires continentales. Leur géométrie dépend essentiellement de trois facteurs: les variations du niveau marin (eustatisme), la tectonique et le climat. Cette étude vise à comprendre leur rôle respectif dans l'architecture des dépôts continentaux miocènes (~13,5-23 Ma) du bassin de Digne, dont la stratigraphie est bien établie. L'analyse séquentielle des dépôts nous a permis de distinguer une zone Nord où sept séquences de 3e ordre sont enregistrées, et une zone Sud où la tectonique locale en a fait disparaître deux. La tectonique régionale a joué sur l'amplitude et l'âge des séquences en regard des correspondances établies avec la charte eustatique. Ses effets traduisent le déplacement des dépôtcentres au cours du remplissage du bassin. L'influence du climat a joué à différentes échelles de temps. A celle de l'Optimum Climatique du Miocène (14,6-16,5 Ma), caractérisé par trois phénomènes globaux (l'excursion isotopique du 13C - Monterey Event; un maximum transgressif; le développement maximal de la mangrove à Avicennia). A celle des cycles de 3e ordre du Langhien-Serravallien, dont l'origine climato-eustatique est attestée par la comparaison du découpage séquentiel avec l'analyse pollinique. A l'échelle des cycles de Milankovitch, dont ceux d'excentricité ont été observés dans les incursions marines, les cycles de précession et d'obliquité ayant été reconnus dans la distribution et le développement des paléosols, par comparaison directe avec le signal d'insolation.