Les aspects stratigraphiques et micropaléontologiques ( Foraminifères) sont abordés à partir d'une seule coupe du Tertiaire du synclinal d'Annot.

La formation Eocène-Oligocène des Grès d’Annot constitue le remplissage gravitaire syntectonique de bassins d’avant-pays complexes, développés au front de l'orogène alpin. Les dépôts relativement distaux de ce système turbiditique s'apparentent à des lobes sous-marins. Ces corps sableux sont caractérisés par une géométrie tabulaire et isopaque à l’échelle pluri-kilométrique. Ce travail met cependant en évidence une extrême complexité dans la répartition des faciès, structures et figures sédimentaires, en lien avec une grande variabilité des processus de transport/dépôt. Ceux-ci sont à l’origine d'objets élémentaires à la géométrie et aux remplissages distincts. Cette forte variabilité sédimentaire implique d'importantes hétérogénéités pouvant influencer la circulation des fluides sur des systèmes réservoirs analogues. A titre de comparaison, une étude complémentaire est effectuée sur un système gravitaire carbonaté (Formation Guwayza, Jurassique moyen, Nord de l’Oman), en contexte de marge passive, afin de discuter de l’importance relative des processus à l’égard du contexte géodynamique sur la variabilité des lobes. / The siliciclastic Annot Sandstones formation (SE France) is composed of a thick series of gravitary deposits and represents the Late Eocene to Early Oligocene northward infill by various types of gravitary deposits of relatively small foreland basins developed in front of the Alpine orogen. This study brings new quantitative data on the terminal deposits of this turbidite system (sand-rich lobes) and focuses on their internal architecture from depositional event scale to elementary object scale. A longitudinal distribution model of elementary objects (from proximal vertically stacked channelized lobes to distal tabular lobes) and associated heterogeneities has been established. Those features have not been accurately described in sand-rich turbidite deposits so far. This high internal variability necessarily implies heterogeneities in terms of petrophysical characteristics (porosity, permeability) and reservoir connection that may have a significant impact on fluid circulation. As a comparison, a similar study on calciturbidites sheet-like lobes from the Middle Jurassic Guweyzah Formation of North Oman is introduced. These results allow reconsidering both sedimentary processes involved in sand-rich lobes and also reservoir models that can be established on field analogues.

Les grès présentent un intérêt particulier en géologie pétrolière car ils possèdent généralement des gammes de porosité et de perméabilité favorables à la migration, au piégeage et à la récupération des hydrocarbures. Leur caractérisation fait donc l'objet d'études poussées. Ainsi, de nombreux sédimentologues ont analysé en détail une grande variété de systèmes sédimentaires afin de décrire la géométrie des corps gréseux et des barrières de perméabilité, et de caractériser l'organisation interne des faciès sédimentaires. Ces travaux ont conduit à la corrélation des données de puits et à l'élaboration de modèles statistiques prédictifs.<br />Ces descriptions sédimentologiques ne prennent pas en compte les caractères pétrographiques, minéralogiques ou géochimiques qui permettraient pourtant d'attribuer des causes directes, primaires ou secondaires, aux variations de porosité et de perméabilité rencontrées dans les roches. De plus, depuis quelques années, la diagenèse minérale, souvent à l'origine de ces variations, fait l'objet d'une modélisation déterministe qui s'appuie sur les processus physiques et chimiques mis en œuvre. Des logiciels de plus en plus performants permettent ainsi de réaliser des simulations destinées à proposer des bilans géochimiques variés qu'il est nécessaire de valider par des observations de terrain.<br />Cette thèse a pour objectif, d'une part, de compléter les études sédimentologiques par l'acquisition et l'analyse de données géochimiques et, d'autre part, de mieux comprendre la diagenèse des grès réservoirs en associant la géochimie à la modélisation numérique.<br />Deux formations géologiques, analogues de réservoirs exploités, ont servi de support à cette étude : les grès fluviodeltaïques du Ravenscar Group (Jurassique Moyen, côtes du Yorkshire, Royaume-Uni) et les Grès turbiditiques d'Annot (Eocène-Oligocène, Bassin du Sud-Est, France). L'échantillonnage a été réalisé afin d'apprécier la variabilité verticale et latérale de composition à diverses échelles (centimétrique à hectométrique) aussi bien entre faciès sédimentaires qu'au sein d'un même niveau lithostratigraphique.<br />L'étude géochimique montre que les faciès sont caractérisés par leur gamme de composition chimique ainsi que par leur style de variabilité élémentaire. Elle permet également de mieux comprendre la répartition des minéraux et des éléments au sein de la roche.<br />Ainsi, dans certains faciès, le tri sédimentaire entre les petits minéraux lourds et le reste de la roche (entrainment sorting) engendre des variations de teneur importantes pour les éléments portés par ces différentes classes de particules détritiques (Zr, Cr, Th, etc. pour les minéraux lourds ; Al, Na, K, etc. pour la fraction élastique). Des caractéristiques chimiques propres à chacune de ces populations de minéraux, valables à une échelle verticale de plusieurs mètres, peuvent alors être définies. Certaines d'entre elles, relatives aux éléments immobiles, permettent d'identifier des variations dans l'alimentation détritique. Une ségrégation s'opère également au sein de la fraction élastique entre les particules les plus grosses, dont la nature dépend de la maturité du grès, et les autres grains lors du dépôt.<br />Deux transformations diagénétiques majeures, à savoir la kaolinitisation et l'albitisation des feldspaths, sont également à l'origine de la distribution particulière des compositions chimiques de la fraction alumineuse des grès du Ravenscar Group.<br />Ce dernier point a été utilisé pour tester et valider la modélisation numérique de la diagenèse des grès du Ravenscar Group à l'aide du code numérique DIAPHORE de l'Institut Français du Pétrole. La néoformation de kaolinite apparaît alors possible dans la gamme de température 25-80°C, quel que soit le type d'eau superficielle considéré. La précipitation des argiles est induite par la présence et la circulation d'une eau en déséquilibre avec le réservoir gréseux, entraînant la dissolution successive des feldspaths. L'albitisation des feldspaths plagioclases s'effectue à faible température et dépend assez peu du type d'eau injectée. Enfin, l'albitisation des feldspaths potassiques est plus délicate à réaliser et n'est efficace que pour des eaux marines ou saumâtres à des températures supérieures à 50°C, et circulant dans un réservoir soumis à un gradient de température. Les simulations confirment donc l'importance de la perméabilité et de la circulation des fluides dans la diagenèse des aluminosilicates.<br />Les variations de composition chimique de la fraction alumineuse des grès du Ravenscar Group sont reproduites dans les simulations. Les conditions nécessaires aux transformations sont particulières mais compatibles avec le contexte géologique des grès étudiés. Les principales transformations diagénétiques, indépendantes, nécessitent alors plusieurs épisodes de circulation d'eau pour rendre compte de la diversité des compositions chimiques et minérales observées.<br />Les travaux menés dans le cadre de cette thèse laissent à penser que l'on pourrait intégrer plus systématiquement l'approche géochimique dans les études de réservoir.

L'analyse sédimentologique des Grès d'Annot affleurant au NW du massif de l'Argentera-Mercantour amène à distinguer deux domaines de sédimentation actuellement séparés par la faille du Camps des Fourches. Chaque domaine correspond à un cône sous-marin profond avec des directions d'alimentation en provenance du SE. Le cône ouest-Argentera constitue le remplissage d'une dépression étroite structurée en grande partie pendant le dépôt des Calcschistes à Globigérines. Le cône nord*Argentera s'est développé par progradation dans un bassin ouvert. Dans les deux domaines, la complexité des relations Grès d'Annot - Schistes à blocs traduit un changement brutal de la paléogéographie lié au soulèvement des Alpes internes. L'étude pétrographique et la typologie des zircons des grès et des conglomérats de la série ouest-Argentera révèlent le caractère corso*sarde de ce matériel dont la patrie d'origine est probablement à rechercher dans les prolongements orientaux de ce massif (ou dans la partie sud du domaine des "cordillières nummulitiques"). Les sources d'apport proposées jusqu'ici par divers auteurs sont donc remises en question: Argentera (socle et couverture), Maures-Estérel, Flysch à Helminthoïdes, ... Ces résultats s'accordent assez bien avec une position originelle plus orientale des séries étudiées et permettent de proposer un schéma paléogéographique de l'ensemble du domaine des Grès d'Annot au Nummulitique.

Dans ce travail la stratigraphie et la tectonique de la région entre le Var et le Verdon sont décrites et étudiées.

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