The upper Baronia Fm. of the Ager Basin, Spain, is composed of a hierarchy of prominently stacked sets of primarily unidirectional cross-strata in units up to 40m thick. These large sets of cross-strata are interpreted as deposits of migrating subaqueous tidal simple dunes, compound dunes, and compound dune complexes within an approximately 10km wide north-east to south-west oriented seaway with water depths of a calculated 60-90m. These interpretations are opposed to prior interpretations of the upper Baronia Fm. which suggests deposits were formed by tidal bars within a deltaic environment (Mutti et al., 1985). Dunes developed due to dominantly north-east directed tidal currents driven through the strait by tidal phase differences between the two bodies of water (Mediterranean and Atlantic basins) connected by the seaway. Evidence for syn-tectonic deposition further constrains timing of movement of the northern basin bounding Montsec thrust to the early Eocene. Indicators for movement on the Montsec thrust include the development of the Ager Basin elongate to the thrust front, and syn-tectonic signals in the fill of the basin such as local conglomerate wedges and emplacement of olistoliths. Individual cross-stratified successions are interpreted to have formed with variable flow velocity and orientation, resulting in a basin wide stacking of compound dune complexes. These compound dune complexes form cross stratified successions which are distributed throughout the basin according to the variable current speeds, dune size which impacts migration, and sediment availability during deposition. This results in the observed distributions of muddy and sandy sediments, where finer grained materials accumulate preferentially in the low energy troughs of the hierarchy of compound dunes. / text

Cette thèse propose une méthodologie pour caractériser et intégrer les distributions minéralogiques des dépôts de l’Eocène Inférieur du Bassin de Graus-Tremp-Ainsa dans un cadre séquentiel reconstruit à haute résolution. Le couplage des approches stratigraphiques et géochimiques/minéralogiques permet d’évaluer la part des forçages tectoniques, climatiques, eustatiques et diagénétiques sur l’enregistrement sédimentaire et minéralogique du bassin. La caractérisation de la minéralogie repose sur un calcul automatisé utilisant la géochimie multi-élémentaire et calibré ponctuellement par les outils d’analyse minéralogique conventionnels (pétrographie, DRX, Qemscan, microsonde). Elle a l’avantage de permettre de traiter les évolutions minéralogiques à l’échelle du bassin et sur l’ensemble des lithologies rencontrées. Après avoir évalué les effets de la diagenèse, du tri hydrodynamique et reconstitué la composition minéralogique primaire des sédiments, nous caractérisons les différentes sources.Nous précisons l’évolution de la tectonique (avec un pas de temps de l’ordre du million d’années) et ses effets sur l’architecture sédimentaire et la minéralogie des dépôts. Ceux-ci montrent un contrôle spatial de la diagenèse et des changements spatio-temporels des sources, liés à une compétition entre la tectonique intrabassinale (activité des chevauchements locaux) et régionale (surrection de l’orogène et subsidence flexurale). Nous montrons également que l’impact de la tectonique est modulé par des anomalies climatiques ponctuelles de l’ordre de la centaine de milliers d’années (PETM, ELMO, X-Event), que nous avons reconnues par un changement marqué des environnements de dépôt et des cortèges argileux.Deux grands épisodes régionaux caractérisent l’évolution du Bassin piggyback de Graus-Tremp-Ainsa. Le stade précoce, d’âge Ilerdien-Cuisien Inférieur, est marqué par le passage d’une rampe carbonatée mixte à des systèmes deltaïques alimentés depuis l’orogène pyrénéen par des contributions plutoniques. Cet ensemble passe ensuite à un vaste système fluvio-deltaïque au Cuisien Inférieur / Moyen, montrant l’apport de lithiques carbonatés et silicoclastiques qui coïncide avec l’émergence des nappes sédimentaires. La fin de cet épisode est marquée par la propagation du chevauchement du Montsec et de ses rampes latérales, provoquant un partitionnement du bassin, induisant la surrection du Bassin de Graus-Tremp et une forte subsidence du Bassin d’Ainsa. Ce contraste de subsidence est souligné par un partitionnement de la diagenèse, avec une kaolinisation des formations supérieures du Bassin de Graus-Tremp, liée à la percolation d’eaux météoriques, et, dans le Bassin d’Ainsa, une albitisation des grès couplée à une illitisation des smectites dans les lutites, liée à une diagenèse d’enfouissement plus marquée. / We develop here a methodology to integrate the mineralogical record into a high resolution sequence stratigraphic framework realized in the Early Eocene Graus-Tremp-Ainsa Basin. Coupling stratigraphic with geochemical and mineralogical approaches allows us to unravel the effects of tectonics, climate, eustasy and diagenesis on basin architecture and mineralogy. An automated computed mineralogy is derived from whole-rock geochemical data, and calibrated against direct mineral quantifications (petrography, DRX, Qemscan, microprobe). It provides a basinscale view of mineral distribution, irrespective of the lithology. Diagenetic overprint and hydrodynamic sorting effects are evaluated first, then primary mineral distributions are reconstructed and ascribed to different types of sediment sources.We show that, at the million-year timescale, tectonics shape the architecture and the mineralogy of the deposits. Spatially distributed diagenesis and temporal and spatial changes in sediment sources reflect the competing effects of intrabasinal tectonics (local thrust displacements) versus basinscale flexural subsidence linked to the orogen uplift and loading. Tectonically-driven changes are also sensitive to higher frequency (100 ky) anomalic climatic events (PETM, ELMO, X-EVENT) leaving a mineralogical signal in clay fractions and environment deposits succession.The basinscale evolution displays two contrasting stages. During the Ilerdian to the lower Cuisian, a mixed carbonate ramp evolves to a set of deltaic fans of Northern (Pyrenean orogen) provenance delivering plutonic-dominated materials. Then, during the lower/mid Cuisian, they are overprinted by a large fluvial and deltaic system bringing recycled carbonates and siliciclastics sourced in the emerging eastern to southern sedimentary thrust sheets. Later on, the propagation of the Montsec thrust and its lateral ramp decouples the uplifted Graus-Tremp basin from the strongly subsiding Ainsa basin. These different subsidizing schemes are underlined diagenetic overprints diverge, with an extensive kaolinisation of the uppermost units in the Graus-Tremp Basin driven by meteoric fluid circulations, and a severe albitisation of sandstones in the Ainsa basin, coupled with the illitisation of smectites in the lutites and caused by deep basinal fluids.