Au cours du Paléozoïque inférieur, un changement climatique majeur a permis le développement d'une calotte glaciaire sur paléocontinent Gondwana. Cette calotte a plusieurs fois recouvert la plateforme nord-gondwanienne au cours des différents épisodes d'avancée et de recul des fronts glaciaires. Cette dynamique a permis le développement d'un modèle glaciaire, qui inclut des surfaces d'érosion majeures d'extension régionale et des vallées glaciaires. Parmi ces vallées, les vallées tunnel font référence aux vallées glaciaires mises en évidence en Europe, et qui sont associées aux grandes glaciations quaternaires. Par définition, ces vallées regroupent des dépressions linéaires de plusieurs kilomètres de large et de plusieurs dizaines de kilomètres de long. Elles sont en générale profondes de quelques centaines de mètres et leur fond présentent des zones de surcreusement. Des vallées tunnel ordoviciennes sont localisées en Afrique du Nord et au Moyen-Orient. Les sédiments glaciaires ordoviciens représentent un important objectif pour l'exploration des hydrocarbures et les vallées tunnel, qui constituent des hétérogénéités lithologiques dans l'enregistrement sédimentaire, sont d'excellentes roches-réservoirs. En Europe, les anciennes vallées tunnel quaternaires constituent des aquifères dont la mise en évidence et la préservation constituent un véritable enjeu. Un intérêt majeur réside donc dans une meilleure connaissance de l'architecture du remplissage de ces vallées, mais également une compréhension des paramètres qui contrôlent leur distribution et des mécanismes qui participent à leur formation sous les calottes de glace. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire est principalement basé sur une étude de terrain, dont les résultats recouvrent trois grands axes : (1) l'environnement sous-glaciaire, (2) la dynamique de remplissage des vallées tunnel et (3) les facteurs contrôlant leur distribution.

En raison de sa localisation particulière en bordure du craton Ouest Africain, le Maroc révèle une histoire géodynamique complexe qui commence au Paléoprotérozoïque et qui se poursuit jusqu'aux derniers évènements alpins. Ce polyphasage se traduit notamment par la formation de minéralisations télescopées dans le temps et dans l'espace. Le gisement aurifère de Tamlalt-Menhouhou se situe sur la bordure sud de la boutonnière paléozoïque de Tamlalt (Haut-Atlas oriental), jouxtant la limite entre la chaîne intra-cratonique atlasique du Haut- Atlas et la chaîne panafricaine de l'Anti-Atlas. Les minéralisations sont encaissées dans des formations volcano-sédimentaires de l'Ediacarien (âge U/Pb : 569 ± 8 Ma) probablement mise en place dans un contexte d'arrière-arc. Les roches felsiques néoprotérozoïques ont révélé le caractère fertile de la croûte néoprotérozoïque supérieure avec la présence d'une minéralisation barytique et d'une minéralisation ferrifère de type "Banded Iron Formations". Le secteur aurifère de Tamlalt-Menhouhou est recoupé par de nombreux décrochevauchements compatibles avec une tectonique cisaillante dextre. Deux minéralisations aurifères ont pu être identifiées : (i) une minéralisation aurifère primaire de type "Iron Oxide Copper Gold deposit" (IOCG) associée à un altération sodique (± calcique) caractérisée par un enrichissement en Au, Cu, Fe, Co, Ni, Mo, As, Sb, ± Bi, et (ii) une minéralisation aurifère secondaire de type "Shear zone related gold deposit" associée aux altérations argilleuses et phylliteuses localisées le long des décro-chevauchements. L'étude détaillée à la microsonde ionique effectuée sur les zircons hydrothermaux génétiquement associés au phénomène d'albitisation permet d'obtenir un âge Ordovicien supérieur de 449 ± 8 Ma pour la minéralisation aurifère primaire, ce qui constitue une première au Maroc. Cet âge est confirmé par la datation 40Ar/39Ar sur deux mono-grains de muscovites soulignant le potentiel des zircons à enregistrer des évènements hydrothermaux, et leur intérêt en métallogénie. La minéralisation aurifère secondaire est datée à 293 ± 7 Ma (Stéphano-autunien) par géochronologie 40Ar/39Ar sur des phengites associées à l'altération argilleuse et phylliteuse et aux veines de quartz aurifères. Cet âge est en accord avec celui proposé pour la phase cisaillante dextre tardi-varisque, et souligne l'importance de cette orogenèse pour la remobilisation de pré-concentrations métallifères.

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences naturelles : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 456. Textes en français et en anglais. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 207-210.

L’étude de l’Ordovicien de l’Anti-Atlas oriental s’intègre dans un vaste projet celui de l’étude de la plate-forme nord-gondwanienne qui se caractérise par une sédimentation essentiellement silico-clastique avec une polarité globale qui est Sud-Nord. Cette étude, basée sur les principes de la stratigraphie séquentielle et de la sédimentologie, met en évidence l’existence de deux systèmes de dépôts sur la marge nord-ouest de la plate-forme nord-gondwanienne. A l’Ordovicien moyen et supérieur préglaciaire, à l’emplacement de l’Anti-Atlas oriental, coexistent un système deltaïque (lato sensu) et un système de plate-forme dominée par l’action de la houle et des tempêtes. Ces deux systèmes de dépôts ont une certaine répartition spatiale et temporelle. Le système deltaïque domine le nord-est de l’Anti-Atlas oriental où il prend naissance à l’Est du Tafilalt. Ce système deltaïque est à dominance fluviale, il est actif lors des périodes de régression. Pendant les maximums de régression, il incise le haut du plateau continental en créant d’importantes structures érosives dont le remplissage se fait par des faciès de haute énergie à composante unidirectionnelle. Le système de haute énergie influencé par l’action de la houle et des tempêtes domine le secteur sud de l’Anti-Atlas oriental et se répand au nord au cours des périodes transgressives. La sédimentation durant l’Ordovicien préglaciaire sur la marge nord-ouest du Gondwana a un contrôle tectonique et eustatique avec une polarité des systèmes, dans le Tafilalt-Maïder qui diffère de celle de la plate-forme nord-gondwanienne et est Nord Est-Sud-Ouest. Le profil de dépôt est quasi plat où les clinoformes sont de faible amplitudes et se dessinent à l’intérieur des séquences de 3ème ordre. Le Darriwillien se caractérise par des une subsidence différentielle entre le domaine nord et le domaine sud en raison d’une tectonique active. Alors que, le Sandbien-Katien montre un taux de subsidence faible (x 10m/Ma) en adéquation avec un contexte intracratonique. L’Hirnantien dans le Tafilalt, décrit comme étant discontinu voir absent, est très bien développé il se caractérise par la mise en place d’une sédimentation mixte gréso-carbonaté à bryozoaires de type littoral et ce à l’extrémité oriental de l’Anti-Atlas et d’une épaisse série conglomératique (conglomérat d’Amessoui et d’Imzizoui) et flyschoïde qui peut atteindre les 500m dans le Tafilalt. / The Ordovician Anti-Atlas study is part of a larger project of comprehension the sedimentary system of the north Gondwana platform. This sedimentary area is characterized by essentially terrigenous sediments that come from the south from de West African Craton. This study based on sequence stratigraphy and sedimentology principles highlights two systems juxtaposed during the preglacial Ordovician period (before hirnantian). These two deposits systems have a spatial and temporal distribution. One deltaic occurs on north-eastern Tafilalt (east Anti-Atlas) and widespread during regressive periods. The second is storm dominate system which is developed in the south-western part of eastern Anti-Atlas and transgressive periods. The deltaic system is river dominant, it incise the continental shelf by creating a significant erosive structure whose filling is done by high energy facies unidirectional component. During the Ordovician, the sedimentation was controlled by tectonic and eustatic variation. The polarity of the system in the Tafilalt-Maïder is different from that of the northern Gondwana platform and it is given North East- South West. The Darriwilian characterized by differential subsidence, between the north and the south of the oriental Anti-Atlas, due to active tectonics, while, Sandbian-Katian show a low subsidence rates (x10m/Ma) in the line of intracratonic basin. The Hirnantian, in Tafilalt, is largely well developed and characterized by huge conglomeratic series, flysch deposits and Bryozoan limestone at the northeastern.

Ce travail de thèse est essentiellement consacré à l'investigation des populations de zircons et de l'âge des protolithes des formations varisques grâce à une datation U-Pb in situ systématique par le couplage Laser/MC-ICPMS, dans des formations orthodérivées, métasédimentaires et magmatiques tardi-orogéniques du Massif Central français et du domaine Sud armoricain. Cette étude a montré que les populations de zircons sont largement héritées, s'étalant de l'Archéen au Paléozoïque inférieur. L'ensemble des pics d'âges obtenus, ainsi que l'absence d'âge mésoprotérozoïque (1.7-1.1 Ga) accréditent l'affinité gondwanienne de ces formations. Des âges maximum de dépôt sont proposés pour les métasédiments des principales unités définies dans le Massif Central. Ces âges maximum de dépôt sont décroissants suivant l'empilement lithotectonique reconnu. En marge de ce travail, nous avons pu déterminer que les âges de mise en place des granitoïdes du Sillon Houiller (Massif Central) et du golfe du Morbihan se situent aux alentours de 300 Ma. Des âges plus anciens, principalement obtenus sur monazite lors d'études antérieures, ont été réinterprétés comme des âges hérités. L'abondance de zircons hérités d'âge ordovicien et néoprotérozoïque met en évidence la large contribution des métagranites et métasédiments fertiles de ces périodes dans la source des granites tardi-orogéniques varisques. Le granite de Sarzeau expose de plus les traces d'un protolithe silurien. Le recyclage de la croûte continentale est caractérisé par une évolution polycyclique au cours de l'orogénèse varisque, avec tout d'abord l'érosion de formations du craton africain, majoritairement d'âge néoprotérozoïque, puis la superposition des événements magmatiques cambro-ordoviciens et syn-orogéniques varisques.

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.