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L’analyse des données magnétiques et gravimétriques de la partie nord de la ceinture trans-saharienne a permis de proposer une carte de compartimentalisation géophysique et rhéologique des structures crustales et de visualiser les terranes du bouclier Touareg sur plus de 1000 km au nord, sous les bassins sédimentaires sahariens et plusieurs aspects ont pu être discutés. Un pseudo réseau de quatre générations successives de paléovallées et incisions a été mis en évidence dans la succession glaciaire de l’Ordovicien supérieur au NE du bassin d’Illizi sur la base des données sismiques de haute résolution. Pour chaque incision, la géométrie ainsi que les faciès sismiques de leur remplissage ont été déterminés. Un parallélisme entre la distribution de certaines paléovallées et l'orientation des anomalies magnétiques a été observé, mais aucune relation stratigraphique entre ces structures n'a été identifiée sur les sections sismiques. Un réseau complexe de vallées tunnel glaciaires du Pléistocène en mer du Nord a été identifié sur la base de données aéromagnétiques à haute résolution. Une analyse magnétique détaillée a été réalisée en combinant plusieurs méthodes magnétiques. A la fin, des modèles magnétiques synthétiques 2D ont été calculés pour les incisions ordoviciennes, appliqué pour le cas du bassin d’Illizi. Les résultats obtenus montrent que leur détection magnétique est possible, si toutes fois un levé magnétique à haute résolution serait disponible. / The magnetic and gravimetric data analysis of the northern part of the trans-saharan belt allowed to propose a geophysical and rheological compartmentalization map of its crustal structures and to visualize the Tuareg shield terranes over 1000 km to the north, under the saharan sedimentary basins and several aspects have been discussed. A pseudo network of four successive generations of paleovalleys and incisions has been identified on the upper Ordovician glacial succession in the north-eastern part of the Illizi basin on the basis of high-resolution seismic data. For each incision, the geometry and seismic facies of their filling have been determined. Parallelism between the distribution of some paleovalleys and magnetic anomaly orientations has been observed, but no stratigraphic relationship between them has been identified on seismic sections. A complex network of Pleistocene glacial tunnel valleys in the North Sea has been identified on the basis of high-resolution aeromagnetic data. A detailed magnetic analysis was performed by combining several magnetic methods. Finally, 2D synthetic magnetic models were calculated for Ordovician incisions, applied in the case of the Illizi basin. The results obtained show that their magnetic detection is possible, if a high-resolution magnetic survey would still be available.

The Lower Ordovician El Paso Group is a >400-m-thick carbonate succession exposed in the Franklin Mountains, El Paso, Texas. The El Paso Group contains multiple breccias related to collapsed-paleocave systems. These breccias have been documented as having formed during the top-Lower Ordovician Sauk depositional supersequence lowstand. Evidence presented in this study suggests that cave formation may have been as much as 350 million years younger and related to Laramide oblique right lateral compression. Regardless of the timing of formation, the breccias mapped in this study are of collapsed paleocave origin based on breccia clast organization and matrix content. Speleogenetic models are compared against observations of breccia distribution by direct field observations and mapping on sub-meter airborne light detection and ranging or lidar data. Point vectors were defined for every point within study area to highlight subtle changes in outcrop erosional profile for mapping geological features directly on the lidar point cloud. In addition, spectral data from airborne photography and hyperspectral image analysis were used assist in geological contact definition. A digital outcrop model was constructed from 3D geologic mapping results from which spatial statistic were extracted and used to reconstruct collapsed paleocave breccia bodies. The resultant breccia geometries were compared against laser-scanned modern cave dimensions, from Devil's Sinkhole, Rocksprings, Texas, and used in analysis of conceptual models for cave formation. The breccias of the southern Franklin Mountains follow linear trends that closely match Riedel shear fracture patterns predicted from right-lateral oblique compression. Stress orientations that match right-lateral oblique compression in the Phanerozoic of the El Paso region are related to the Laramide orogeny. The relationship of observed structures and the orientation of collapse breccias may indicate that southern Franklin Mountain breccia bodies are the result of a solution-enhanced tectonic karst system. / text

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L’Ordovicien (485–444 Ma) est une période géologique caractérisée par laconcomitance d’une glaciation majeure et de l’une des 5 plus grandes extinctions de masse del’histoire de la Terre. Cette thèse avait pour objectif d’améliorer la compréhension de l’évolutiondu climat à cette époque à l’aide de la modélisation numérique, ain de fournir une imagecohérente de la glaciation. Nous avons d’abord démontré que la coniguration continentaleordovicienne induit une dynamique océanique particulière, à l’origine d’une instabilité climatiquepermettant un refroidissement brutal du climat global sans variation importante de laconcentration atmosphérique en CO2 (pCO2). Dans un deuxième temps, un modèle innovantcouplé climat-calotte a permis de produire la première simulation de la mise en place de la glaciationsupportée par les données géologiques, sous un scénario cohérent de baisse de la pCO2.Les résultats indiquent que les premières glaces continentales se seraient mises en place dèsl’Ordovicien Moyen (465 Ma), quelque 20 millions d’années plus tôt qu’initialement envisagé.Dans ce scénario, le franchissement de l’instabilité climatique ordovicienne marque la miseen place du maximum glaciaire au cours de l’Ordovicien terminal Hirnantien (445–444 Ma).Des expériences réalisées avec un modèle de végétation primitive montrent que le développementdes plantes non-vasculaires a pu constituer le mécanisme à l’origine de la chute de lapCO2, via une intensiication de l’altération des surfaces continentales. Enin, les interactionsentre climat et biosphère marine ont été envisagées selon 2 axes complémentaires. (i) De nouvellescontraintes ont été fournies pour comprendre la paléobiogéographie des communautésmarines, par la publication de cartes de la circulation océanique de surface modélisée sousdiférentes pCO2 au cours de l’Ordovicien Inférieur, Moyen et Supérieur. (ii) Les relationsentre variations climatiques et état redox de l’océan ont été étudiées avec un modèle d’océanrécent bénéiciant d’un module de biogéochimie marine (MITgcm). Les simulations suggèrentdes anoxies partielles (durant le Katien) ou globales (durant le Silurien inférieur) au cours dela transition Ordovicien–Silurien. Elles démontrent également que l’extinction de l’Ordovicienterminal ne serait pas liée à un évènement d’anoxie. / The Ordovician (485–444 Ma) is a geological period characterized by theconcomitance of a major glaciation and one of the “Big Five” mass extinction events thatpunctuated the Earth’s history. This dissertation aimed at developing a better understandingof the climatic evolution at that time through numerical modeling, in order to providea consistent picture of the glaciation. First, it was shown that the Ordovician continentalconiguration leads to a particular ocean dynamics, which induces in turn the development ofa climatic instability that allows global climate to cool suddenly in response to subtle changesin the atmospheric partial pressure of CO2 (pCO2). Secondly, an innovative climate-ice sheetcoupled model produced the irst simulation of the glaciation that is supported by geologicaldata, in the context of a decrease in pCO2. Results show that glacial onset may have occurredas early as the Mid Ordovician (465 Ma), i.e., some 20 million years earlier than thoughtinitially. In this scenario, the climatic instability is reached during the latest Ordovician andaccounts for the onset of the Hirnantian glacial maximum (445–444 Ma). Experiments conductedwith a non-vascular vegetation model reveal that the origination and expansion of theirst land plants signiicantly intensiied continental weathering during the Ordovician andpotentially drove the drop in atmospheric CO2. Finally, the interactions between climate andthe marine biosphere were investigated based on 2 complementary axes. (i) News constraintson the paleobiogeography of marine living communities were brought through the publicationof maps showing the ocean surface circulation modeled at various pCO2 levels during theEarly, Middle and Late Ordovician. (ii) The relationships between climatic variations andthe redox state of the ocean were studied using a recent ocean model with biogeochemical capabilities(MITgcm). The simulations suggest partial and global oceanic anoxic events duringthe Katian and the early Silurian respectively. They also show that anoxia is probably notresponsible for the latest Ordovician mass extinction event.