Le bassin profond du Golfe du Mexique (BPMG) est localisé à l'est du Mexique, au sud-est des États-Unis et à l'ouest de l'Océan Atlantique. Cette étude de la partie profonde du Golfe du Mexique est basée sur l'intégration de données de sismique, de forages pétroliers et d'études de terrain; elle comprend toute la pente continentale et la plaine abyssale, avec une bathymétrie qui varie de 200 à 3750 m. La première partie de cette thèse est consacrée à la description du remplissage sédimentaire de la bordure occidentale du Golfe du Mexique, dans le secteur de Veracruz, en liaison avec son évolution géodynamique. L'évolution géodynamique du BPMG commence au Trias-Jurassique avec la rupture et la propagation d'un rift continental, dans le secteur sud de la plaque nord américaine. Cette ouverture et le déplacement relatif vers le sud-est du bloc crustal du Yucatan sont à l'origine du BPGM. Cette géodynamique de rift continental est suivie d'une étape post-rift accompagnée de l'océanisation du bassin. Les bassins de la marge passive ont poursuivi leur évolution sous l'effet de la subsidence thermique à l'ouest du Golfe du Mexique, tandis que de la croûte océanique se formait dans le BPGM. Cette subsidence thermique de la marge a ensuite été perturbée par l'orogénèse Laramienne, qui a remodelé l'architecture stratigraphique silico-clastique des dépôts du Tertiaire entre les éléments morphotectoniques suivants: lefront tectonique de la Sierra Madre Orientale (SMO), le bassin d'avant-pays Chicontepec, la Plateforme de Tuxpan-Faja de Oro, la pente continentale et la plaine abyssale, ces deux dernières provinces morphotectoniques appartenant au BPGM. Pendant le Paléogèneinférieur, les effets de la subsidence thermique de la marge passive ont été accentués par la charge tectonique de l'orogénèse laramienne (SMO), permettant ainsi le développement d'un bassin flexural d'avant-pays. Au cours de cette étape, les principaux transferts sédimentaires se sont effectués du front tectonique "SMO" vers le BPGM. La source principale de sédiments clastiques est liée à l'érosion de la chaîne de montagnes "SMO". Pendant le Paléocène et l'Éocène inférieur, l'architecture des premiers sédiments silico-clastiques syn-tectoniques déposés dans des éventails sous-marins sont caractérisés par des figures de glissement, des faciès turbiditiques A et B de Bouma, des chenaux-levées. Après l'arrêt de la subsidence flexurale, la subsidence thermique de la marge passive s'est poursuivie pendant l'Éocène supérieur, l'Oligocène et le Néogène, permettant le développement d'un nouveau prisme sédimentaire progradant. Les remplissages sédimentaires sont encore constitués de chenaux et de levées, avec des barres de sable associées à des systèmes deltaïques sur la plateforme. Pendant le Néogène, un système de failles listriques s'est développé sur la pente du BPGM, au-dessus d'une surface de décollement située, dans la région d'étude, dans les argiles de l'Éocène-Oligocène. Ce système de failles de croissance a piégé plus de 60% des sédiments silico-clastiques du Miocène. Ce remplissage sédimentaire évolue latéralement de faciès fluviaux deltaïques vers des faciès de pente affectés de glissements gravitaires et associés à des turbidites. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à une approche quantitative basée sur des modélisations structurales (coupes équilibrées et modélisations cinématiques directes avec Thrustpack, couplant décollement gravitaire, flexure lithosphérique, érosion et sédimentation), puis sédimentaires (prise en compte des transferts de matériel clastique depuis la partie émergée de la chaîne jusqu'au bassin profond, à l'aide du logiciel Dionisos, afin de mieux comprendre les processus de piégeage des sédiments grossiers dans les structures de croissance et les bassins perchés de la marge.

a venir

Le golfe du Lion est une marge continentale à construction deltaïque soumise à l'impact des apports sédimentaires (1) du Rhône, un des plus gros fleuves méditerranéens, à caractère saisonnier ; (2) ainsi que d'une série de fleuves côtiers à caractère torrentiel. Des zones de dépôts temporaires du matériel fin se développent en face de ces fleuves vers 30 m de profondeur à la limite d'action des houles de tempête. La dynamique de ces zones soumise à l'impact des évènements extrêmes joue un rôle important dans (1) la dissémination des sédiments fins et des contaminants associés depuis les sources (bassins versants) jusque vers le large, et (2) la qualité des eaux dans la zone littorale. Une station de suivi automatique haute fréquence et à long terme a été installée sur le fleuve Têt, exemple de fleuve côtier méditerranéen à caractère torrentiel et sur son prodelta afin de suivre la variabilité, l'impact des évènements hydro-climatiques sur le devenir des sédiments fins dans la zone littorale. Les crues engendrées par les entrées maritimes sont les principales sources de sédiments fins à la zone littorale. Les tempêtes qui accompagnent ces crues créent une redistribution de ce matériel vers la vasière circa-littorale vers 50 m de profondeur et la limite du plateau où se situent les canyons sous-marins. La succession de ces évènements extrêmes au cours de l'année détermine la conservation du matériel fin dans la zone littorale ou son exportation vers le large. Une forte variabilité interannuelle existe également dans le golfe du Lion entre des années humides avec de fortes crues et tempêtes apportant et redistribuant de grandes quantités de matériel sédimentaire sur le plateau et des années sèches caractérisées par des courants intenses à l'origine de plongées d'eaux denses dévalant et érodant le plateau jusqu'au canyons sous-marins. Les évènements hydro-climatiques extrêmes (crues, tempêtes, plongées d'eaux denses) sont les acteurs principaux qui façonnent les fonds sédimentaires du golfe du Lion. L'impact des activités humaines et du changement climatique sur la fréquence de ces évènements extrêmes semble jouer un rôle important sur la variabilité de la qualité du milieu littoral et du devenir des sédiments fins et contaminants.

Les eaux du Golfe du Mexique (GOM) jouent un rôle important dans le système climatique global car elles influencent les propriétés hydrologiques du Gulf Stream (GS), courant océanique chaud de surface faisant partie intégrante de la circulation thermohaline (THC). Or, au cours du dernier cycle climatique, d'importantes arrivées d'eau douce en provenant de la fonte de la calotte Laurentide sur le continent-nord américain, ont modifié les caractéristiques hydrologiques du GOM. Ces perturbations auraient pu, en altérant la THC, affecter le système climatique. La compréhension des transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique s'avère donc primordiale. En connaissant les principales sources continentales, les facteurs influençant le transport (réalisation de cartes de répartition des minéraux argileux sur le continent nord-américain et dans les sédiments du GOM) et la sédimentation (par modélisation analogique) du matériel terrigène fin, l'étude des enregistrements sédimentaires (minéralogie des argiles, granulométrie?) et isotopiques (d18O) de deux bassins du nord du GOM (Bassins d'Orca et d'Humphrey) a permis d'appréhender les transferts entre le continent nord-américain et le GOM au cours du dernier cycle climatique. La variabilité des apports détritiques du Mississippi et des fleuves du sud-ouest des Etats-Unis a pu être reliée aux variations paléo-environnementales (fonte de la calotte Laurentide et des glaciers des Montagnes Rocheuses) et paléoclimatiques (modifications des transferts d'humidité depuis le GOM vers le continent) qui affectent le continent nord-américain.

La Craie, dépôt caractéristique de l'Europe du Nord durant le Crétacé supérieur, est un sédiment original dans l'histoire de la Terre, qui reste relativement mal compris. Cette étude vise à mieux établir la sédimentologie et la stratigraphie de la Craie du Bassin de Paris. Nous proposons un modèle de faciès de la Craie, depuis des environnements très proximaux, de shoreface, jusqu'à des dépôts distaux situés sous la limite d'action des vagues de tempêtes. Ce modèle et les données de subsurface sont utilisés pour réaliser des corrélations à haute-résolution à l'échelle du Bassin de Paris, en appliquant les méthodes de la stratigraphie séquentielle. Ces corrélations permettent de contraindre la géométrie 3D et la paléogéographie du Bassin de Paris au Crétacé supérieur. Ceci permet d'appréhender les différents paramètres (tectonique, eustatisme) qui contrôlent la sédimentation de la Craie. En particulier, nous montrons une réorganisation importante des contraintes intraplaques au Turonien supérieur depuis des contraintes orientées Est-Ouest vers un régime compressif globalement orienté Nord-Sud. Ce régime en compression, bien connu en Europe centrale et interprété comme la marque du début du cycle alpin, n'était jusqu'à présent pas reconnu à l'ouest du Massif Londres-Brabant. De même, cette étude apporte des éléments de contrainte pour la compréhension des variations eustatiques durant le Crétacé supérieur. Enfin, nous mettons en évidence, l'existence d'une circulation océanique, active à partir du Coniacien, associée à un contexte d'upwelling en Europe du Nord. À partir d'une confrontation entre la répartition mondiale de la craie et les données de prédiction des upwellings, nous avançons l'hypothèse que la présence de ce sédiment particulier sur des mers épicontinentales est directement lié à des dynamiques d'upwelling et à la paléocéanographie du Crétacé supérieur.

La croissance des reliefs et les flux sédimentaires associés à la dynamique des marges actives en subduction sont des processus encore mal connus. Les archives géologiques sont souvent difficiles d'accès ou bien simplement mal préservées à cause de déformations importantes. Le bassin avant arc d'Hawke Bay de la marge Hikurangi en Nouvelle-Zélande constitue un objet d'étude privilégié. En effet, il est peu déformé, partiellement émergé et actif pendant le Pléistocène, période au cours de laquelle l'âge des séries sédimentaires et certains facteurs comme le climat et l'eustatisme sont bien contraints. Une étude pluridisciplinaire, intégrant l'interprétation de données sismiques marines et terrestres, l'analyse de puits, de carottes et de coupes de terrain et l'observation des bassins versants a permis d'établir l'architecture stratigraphique à très haute résolution sur le dernier 1.1 Ma de ce domaine avant arc. Cette stratigraphie montre une organisation en un empilement complexe de 11 séquences de dépôt d'origine climato-eustatique (20, 40 et 100 ka) préservées dans des sous bassins contrôlés par les structures chevauchantes actives. Ces séquences sont caractérisées par des changements paléogéographiques profonds qui évoluent entre deux états extrêmes à chaque maximum glaciaire et optimum interglaciaire. Ainsi, le domaine avant arc d'Hawke Bay montre une segmentation en sous bassins isolés par des rides tectoniques émergeantes pendant les bas niveaux marins et submergées lors des hauts niveaux marins. Aux échelles de temps supérieures à 100 ka, ces structures actives sont à l'origine, dans chacun des bassins, d'une migration progressive vers l'arc des dépocentres des séquences sous l'influence combinée de la tectonique et la charge sédimentaire. Le calcul des volumes de sédiments préservés dans chacune des séquences de dépôt, depuis les sources les plus en amont jusqu'au pied des systèmes sédimentaires les plus profonds à l'aval, permet d'estimer des flux sédimentaires qui ont transité à travers le domaine avant arc au cours de Pléistocène supérieur. Ces flux varient de ~3 à ~6 Mt.a-1. Les variations de flux à long terme (100 ka à 1 Ma) correspondent à des changements de configuration tectonique (distribution de la déformation sur les structures) du domaine avant arc et traduisent la capacité des bassins à stocker des sédiments. Les variations enregistrées à plus court terme (<100 ka) sont corrélées aux importants changements climatiques Pléistocènes, qui modifient les taux d'érosion dans le bassin versant et par conséquent, le flux sédimentaire. Cette observation montre la forte sensibilité et réactivité du domaine amont aux variations environnementales, également illustrée par le doublement des valeurs de flux sédimentaires depuis l'arrivée des européens sur le territoire néo-zélandais au 18ème siècle et le déboisement intensif qui lui a succédé.

Les perturbations liées au changement global du climat ont des conséquences significatives sur les écosystèmes côtiers, en particulier dans les pays situés en zone tropicale et subtropicale déjà soumis à une pression anthropique marquée. A l'île de La Réunion, l'érosion des plages coralliennes est un fait constaté depuis les années 1980, qui peut être associé à l'état de santé des récifs frangeants adjacents. Le récif frangeant de l'Hermitage / La Saline a été choisi comme site pilote pour mener une étude de l'évolution morphodynamique des plages coralliennes et de la dynamique hydrosédimentaire. L'analyse et la synthèse des forçages physiques environnementaux permettent de montrer une érosion significative des littoraux coralliens pour des flux énergétiques associés à la houle du large supérieurs à 5.104 J.m-1.s-1. L'évolution morphodynamique des littoraux coralliens ne montre aucune variabilité saisonnière marquée mais une étroite relation avec la fréquence et l'intensité des événements paroxysmaux. Les enregistrements de l'hydrodynamisme permettent d'identifier les principaux forçages qui conditionnent la circulation générale des masses d'eau. Elle est organisée selon 5 cellules hydrodynamiques et est conditionnée par les processus de distribution de l'énergie de la houle du large et la géomorphologie récifale. Des profondeurs minimales de 0,75 m sur le platier récifal externe et de 1,8 m dans les zones d'arrière récif sont nécessaires pour permettre un transfert optimal de la houle du large vers la côte. Des concentrations et des flux sédimentaires ont pu être calculés qui traduisent une perte significative de matériel particulaire pour le secteur récifal considéré. Les résultats de cette étude montrent l'importance des récifs frangeants et leur rôle dans l'équilibre sédimentaire et la pérennité des littoraux coralliens réunionnais. L'observation et le suivi des processus physiques côtiers et du large se révèlent des facteurs importants à considérer dans des projets de gestion intégrée des zones côtières à La Réunion.

Ce travail porte sur l'étude paléo-environnementale de bassins himalayens: le bassin d'avant pays (Miocène sup.) et le bassin transporté de Kathmandu (Plio-pléistocène). Nous nous sommes appuyés sur l'étude du C et de l'O des mollusques et des eaux de la plaine du Gange et des bassins intra-montagneux modernes.<br /> Pour l'actuel, le Δ18Ow des rivières varie de -18 à -4‰. Le Δ18Ocar montre que les carbonates sont proches de l'équilibre isotopique avec les eaux dans lesquels ils sont formés (20 à 25°C). Le Δ13Ccar est appauvri par rapport au DIC des rivières, impliquant qu'une part de carbone organique est utilisée pour la synthèse des coquilles.<br /> Dans les Siwaliks (16-1 Ma), le Δ18Ocar varie de -16.4 à 0.6‰. Les valeurs anté-6Ma sont très inférieures aux valeurs pliocènes et actuelles de la plaine du Gange. La plaine miocène sup. était donc drainée par des rivières de configuration différente des rivières modernes. Le Δ13C augmente vers 5 Ma jusqu'à environ 0‰, évolution qui semble en rapport avec l'explosion de la flore C4. <br />Le bassin de Kathmandu (3-0 Ma) est caractérisé par une sédimentation fluvio-lacustre. La profondeur du lac montre des fluctuations importantes, contrôlées par la tectonique, les glissements et débris-flow. Pour les périodes pos-50 Ka, la géochimie des isotopes de l'O des mollusques montre des périodes pour lesquelles les valeurs Δ18Ocar sont très élevées (-2.4 à 8‰), compatibles avec les eaux de précipitation d'hiver à Kathmandu (-6.5 à 7.5‰). Ces valeurs sont généralement associées à des diatomées. Deux processus semblent se combiner durant ces épisodes: une diminution des précipitations d'été et une forte évaporation, qui augmentent le 18O.

Le système hydrothermal de Chaillac est situé à la limite du Massif Central et du bassin de Paris. Il se compose d'un gisement stratiforme de barytine (Les Redoutières et La Raillerie), connecté à un gisement filonien de fluorine (Le Rossignol).<br />Le filon du Rossignol recoupe le socle métamorphique hercynien. Ce filon est une structure ouverte remplie à la faveur de deux stades paragénétiques : le premier stade appelé Fv-v est constitué de fluorine verte et violette et de quartz montrant des fabriques sédimentaires intrafiloniennes. Ce stade s'est formé à 135°C à partir d'une solution de faible salinité. Les compositions isotopiques du Sr et Nd évoquent une source liée aux roches acides de la croûte supérieure. Le second stade (Fj-Ba) se compose de fluorine jaune, de sulfures et de barytine ; trois sous-stades ont été définis : (i) fluorine dominante, (ii) barytine dominante et enfin (iii) brèche à ciment de fluorine. Les sous stades (i) et (ii) sont présents en continu de la racine du système jusqu'aux filons horizontaux (plateures) du gisement stratiforme. L'ensemble du stade Fj-Ba s'est formé à partir de saumure (≈20% wt Eq. NaCl) à environ 100°C. Les signatures isotopiques du Sr et Nd évoquent des compositions de roches basiques d'origine profonde.<br />Le gisement stratiforme des Redoutières est encaissé dans des sables hettangiens (205 – 201 Ma) du bassin de Paris. A proximité du filon du Rossignol, le grès est cimenté par de la fluorine qui passe latéralement et verticalement à de la barytine puis à une association barytine-gœthite ; ces variations de la nature du ciment sont corrélées avec les sous-stades (i) et (ii). A l'aplomb du filon du Rossignol, des « filons » verticaux N-S, E-W et horizontaux forment un sinter très original à barytine et gœthite puissant de 5 à 8 m. Les structures de ce dernier démontrent une mise en place synchrone d'une tectonique d'ouverture E-W et N-S. L'âge hettangien de cette minéralisation est attesté par la présence de galets de barytine dans les grés hettangiens, les modifications de la nature du sédiment (gœthite détritique), les textures de type sinter et l'absence de minéralisation dans les calcaires sinémuriens. L'étude de l'anisotropie de susceptibilité magnétique (ASM) des formations filoniennes et stratiformes riches en gœthite, couplée à la géochimie des traces a permis de démontrer et de quantifier une phase de latéritisation tardive supperposée à l'hydrothermalisme à l'Eocène. Par ailleurs, l'étude des fabriques magnétiques permet de tracer les directions des paléoécoulements hydrothermaux.<br />L'ensemble des résultats permet de proposer un modèle génétique. Celui-ci suggère la venue d'un fluide hydrothermal profond à Ba, F, Fe qui entre en ébullition vers 1,6 km de profondeur. La phase vapeur se condense pour donner le fluide formant le stade Fv-v et la saumure résiduelle migre pour déposer tardivement de la fluorine, de la barytine par mélange avec des fluides continentaux de surface et des oxy-hydroxydes de fer.

Le Tianshan est une des chaînes majeures d'Asie qui s'étend sur près de 2500 km de longitude avec des reliefs supérieurs à 7000 m. Il s'agit de l'orogène intracontinental le plus actif au monde issu d'une accrétion initiale au Paléozoïque suivie d'une réactivation majeure au Cénozoïque en réponse à la collision Inde-Asie. Mais l'âge exact d'initiation de la déformation cénozoïque reste mal contraint, ce qui est un obstacle important à la compréhension et à la détermination de l'évolution de la déformation en Asie. Les piémonts Nord et Sud du Tianshan sont constitués par deux remarquables prismes d'avant chaîne où les sédiments permiens au quaternaires des bassins flexuraux adjacents de Kuche et de la Junggarie sont très bien exposés. L'histoire de la construction du Tianshan peut être déterminée grâce à une étude de l'enregistrement sédimentaire facilement accessible au niveau des piémonts.<br />Ainsi, nous avons réalisé trois études magnétostratigraphiques le long des coupes de la Kuitun et de la Jingou He au Nord et le long de celle de Yaha au sud pour lesquelles nous avons identifié respectivement 16, 22 et 18 chrons magnétiques que nous avons corrélés à l'échelle de référence donnant des âges compris entre, 3.1 et 10.5 Ma, 8.5 Ma et 22 Ma et 5.2 et 12.6 Ma respectivement. Les vitesses de sédimentations déduites de ces corrélations montrent une accélération à ~11 Ma sur la coupe de Yaha et celle de la Jingou He qui présente également une accélération antérieure à ~15 Ma alors que les vitesses restent stables depuis ~10 Ma sur la coupe Kuitun. Nous avons également réalisé des études de la minéralogie magnétique et des mesures de l'ASM qui montrent des changements importants de la susceptibilité magnétique (Κ) et du paramètre de forme (T) à 21, 15 et 11 Ma sur les deux piémonts. A partir des changements de vitesses de sédimentation, contraint par ailleurs par ceux des paramètres magnétiques, nous pensons que la surrection du Tianshan a probablement débuté vers 15 Ma puis s'est accélérée à ~11 Ma, ce qui est cohérent avec les études précédentes réalisées sur la zone suivant d'autres méthodes.<br />A partir de modèles structuraux des piémonts et des basins de la Junggarie et de Kuche, associés aux âges magnétostratigraphiques et à des datations U-Th/He de grains d'apatites et zircons détritiques , nous déterminons également: (1) l'âge d'activation et les vitesses de déformation de certaines structures des piémonts, (2) les flux et vitesses sédimentaires et (3) l'évolution des taux d'érosion. Nous discutons et décrivons ainsi l'évolution cinétique et cinématique des piémonts et de la haute chaîne.