Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les techniques de diagraphies sont un moyen privilégié pour étudier les formations géologiques profondes, inaccessibles à l'observation directe. Elles mesurent en continu et in situ de nombreux paramètres pétrophysiques, ainsi que les concentrations en 7 éléments majeurs (Si, Ca, Fe, Al, S, K, Ti) et 3 éléments traces (U, Th et Gd). Une connaissance préalable des différents modes de fonctionnement des outils et de leur calibration permet d'évaluer la précision de la mesure. Celle-ci est surtout fonction des conditions de mesure (diamètre et rugosité du puits, vitesse de mesure). Lorsque les données sont de bonne qualité, les méthodes de classification multivariée, comme la méthode des nuées dynamiques ou le k-means, sont employées comme premier outil de visualisation des grandeurs mesurées par diagraphie. En parallèle ou en complément, à l'aide de méthodes d'inversion linéaire ou non-linéaire, il est possible de calculer une minéralogie en continu avec une précision suffisante pour être utilisée dans des modèles pétrophysiques et géologiques. Les zones de convergence de plaques lithosphériques sont des environnements géologiques instables, dans lesquels les techniques de diagraphie par cable, classiquement utilisée dans les forages scientifiques océaniques ou continentaux, ne permettent pas d'obtenir des données de bonne qualité. La nouvelle méthode de Logging-While-Drilling, ne laisse pas à l'environnement de mesure le temps de se déteriorer et donne une mesure utilisable. L'interprétation géologique, minéralogique et faciologique des données de diagraphies apportent des indications précieuses sur la dynamique sédimentaire, ainsi que sur les éventuelles transformations minéralogiques. Le caractère in situ de la mesure rend possible la modélisation de la dynamique des fluides ou de la variation et de l'orientation des champs de contrainte, dont les environnements étudiés sont souvent le siège.

Dans le Fleuve Saint Laurent, l'acquisition des données bathymétriques permet non seulement de produire des cartes de navigation, mais aussi d'appuyer toute activité visant à améliorer la compréhension de la dynamique du fond marin ainsi que des structures qui y sont présentes, notamment les structures sédimentaires telles que les dunes sous-marines. Ce travail de recherche est consacré à la segmentation et à la caractérisation des dunes sous-marines, tout en considérant la qualité des données acquises. En premier lieu, un modèle d'analyse de l'influence de la morphologie du fond marin sur la valeur de l'incertitude des données bathymétriques a été conçu. Une telle analyse permet de mieux connaître et comprendre l'influence du fond sur la valeur d'incertitude calculée par des approches classiques. Ainsi, la méthode proposée permet d'améliorer l'interprétation de la surface du fond et des structures qui y sont présentes. Par la suite, le projet a conçu et développé une méthode de segmentation des dunes à partir d'un Modèle Numérique Bathymétrique, adaptée au contexte fluviomarin. L'originalité de cette méthode repose sur l'utilisation d'un modèle conceptuel qui formalise l'identification des dunes sous-marines selon leurs saillances (i.e. ligne de crête et deux pieds de dunes). En effet, les dunes sont des structures floues sans une délimitation claire sur le fond marin. Dans la méthode proposée, les saillances sont identifiées à partir d'une analyse morphométrique du fond marin. Ensuite, une approche orientée-objet permet de générer les objets dunes à partir de ces saillances. La démarche associe chacune des lignes de crête aux pieds des dunes qui lui correspondent, permettant ainsi de circonscrire l'ensemble de la dune. L'approche orientée-objet offre une objectivité, répétabilité et robustesse à la segmentation, lui permettant de s'adapter au contexte variable des fonds. La méthode proposée a été validée avec les données bathymétriques de la Traverse Nord du Fleuve Saint Laurent, avec plus de 850 dunes segmentées et un taux de performance de 92% des dunes bien segmentées. Finalement, la dernière partie du projet a été consacrée à la caractérisation des dunes. Celle-ci repose également sur la formalisation des objets dunes. En considérant les saillances et la surface de la dune segmentée, la méthode conçue et développée calcule différents descripteurs morphologiques, sélectionnés à partir de la littérature. Pour valider la méthode de caractérisation proposée, plus de 1200 dunes ont été caractérisées dans neuf champs différents dans le contexte fluviomarin de la Traverse Nord du Fleuve Saint-Laurent. Ainsi, basé sur les méthodes de segmentation et de caractérisation des dunes, un outil qui permet de décrire de manière systématique autant les dunes individuelles que les champs où elles sont localisées à partir d'une surface modélisant le fond marin a été développé dans ce projet de recherche. / In the Saint-Lawrence River, the acquisition of bathymetric data not only allows the production of navigation charts, but also supports different activities aiming to improve the knowledge related to the seafloor dynamics and the structures present on it, particularly sedimentary structures such as underwater dunes. This research work is dedicated to the segmentation and characterization of underwater dunes, considering the quality of the bathymetric data acquired. In the first place, a model was designed to estimate the influence of the seafloor morphology on the value of the uncertainty of bathymetric data. The analysis of such influence allows a better knowledge and understanding of the influence of the seafloor on the uncertainty value calculated by classical approaches. Therefore, the proposed model allows a better interpretation of the underwater structures as well as the seafloor surface. Afterwards, the project has designed and developed a method of dune segmentation from a Digital Bathymetric Model. This approach is adapted to the fluviomarine context. The originality of this method lies in the use of a conceptual model that formalizes the identification of underwater dunes considering their salient features (i.e. crest line, stoss trough and lee trough). Underwater dunes are fuzzy structures without a clear delineation on the seafloor. In the proposed method, the salient features are identified from a morphometric analysis of the seafloor. Then, an object-oriented approach is used to generate dune objects from these salient features. The approach matches each crest line with its respective troughs allowing to circumscribe the dune objects. This object-oriented approach offers objectivity, repeatability and robustness to the segmentation, allowing it to adapt to the variable context of the seafloor. The proposed method was validated with bathymetric data from the Northern Traverse of the Saint-Lawrence River, with more than 850 segmented dunes and a performance rate of 92% of well-segmented objects. Finally, the last part of the project was dedicated to the characterization of the dunes. This approach is also based on the formalization of dune object by the conceptual model. By considering the salient features and the entire surface of the segmented dunes, the designed and developed method calculates different morphological descriptors, selected from the literature. To validate the proposed characterization method, more than 1200 dunes were characterized in nine different dunes fields in the fluviomarine context of the Northern Traverse of the Saint-Lawrence River. Thus, a tool that allows a systematic way to describe both individual dunes and the fields where they are located has been developed in this project.

Dans le Fleuve Saint Laurent, l'acquisition des données bathymétriques permet non seulement de produire des cartes de navigation, mais aussi d'appuyer toute activité visant à améliorer la compréhension de la dynamique du fond marin ainsi que des structures qui y sont présentes, notamment les structures sédimentaires telles que les dunes sous-marines. Ce travail de recherche est consacré à la segmentation et à la caractérisation des dunes sous-marines, tout en considérant la qualité des données acquises. En premier lieu, un modèle d'analyse de l'influence de la morphologie du fond marin sur la valeur de l'incertitude des données bathymétriques a été conçu. Une telle analyse permet de mieux connaître et comprendre l'influence du fond sur la valeur d'incertitude calculée par des approches classiques. Ainsi, la méthode proposée permet d'améliorer l'interprétation de la surface du fond et des structures qui y sont présentes. Par la suite, le projet a conçu et développé une méthode de segmentation des dunes à partir d'un Modèle Numérique Bathymétrique, adaptée au contexte fluviomarin. L'originalité de cette méthode repose sur l'utilisation d'un modèle conceptuel qui formalise l'identification des dunes sous-marines selon leurs saillances (i.e. ligne de crête et deux pieds de dunes). En effet, les dunes sont des structures floues sans une délimitation claire sur le fond marin. Dans la méthode proposée, les saillances sont identifiées à partir d'une analyse morphométrique du fond marin. Ensuite, une approche orientée-objet permet de générer les objets dunes à partir de ces saillances. La démarche associe chacune des lignes de crête aux pieds des dunes qui lui correspondent, permettant ainsi de circonscrire l'ensemble de la dune. L'approche orientée-objet offre une objectivité, répétabilité et robustesse à la segmentation, lui permettant de s'adapter au contexte variable des fonds. La méthode proposée a été validée avec les données bathymétriques de la Traverse Nord du Fleuve Saint Laurent, avec plus de 850 dunes segmentées et un taux de performance de 92% des dunes bien segmentées. Finalement, la dernière partie du projet a été consacrée à la caractérisation des dunes. Celle-ci repose également sur la formalisation des objets dunes. En considérant les saillances et la surface de la dune segmentée, la méthode conçue et développée calcule différents descripteurs morphologiques, sélectionnés à partir de la littérature. Pour valider la méthode de caractérisation proposée, plus de 1200 dunes ont été caractérisées dans neuf champs différents dans le contexte fluviomarin de la Traverse Nord du Fleuve Saint-Laurent. Ainsi, basé sur les méthodes de segmentation et de caractérisation des dunes, un outil qui permet de décrire de manière systématique autant les dunes individuelles que les champs où elles sont localisées à partir d'une surface modélisant le fond marin a été développé dans ce projet de recherche. / In the Saint-Lawrence River, the acquisition of bathymetric data not only allows the production of navigation charts, but also supports different activities aiming to improve the knowledge related to the seafloor dynamics and the structures present on it, particularly sedimentary structures such as underwater dunes. This research work is dedicated to the segmentation and characterization of underwater dunes, considering the quality of the bathymetric data acquired. In the first place, a model was designed to estimate the influence of the seafloor morphology on the value of the uncertainty of bathymetric data. The analysis of such influence allows a better knowledge and understanding of the influence of the seafloor on the uncertainty value calculated by classical approaches. Therefore, the proposed model allows a better interpretation of the underwater structures as well as the seafloor surface. Afterwards, the project has designed and developed a method of dune segmentation from a Digital Bathymetric Model. This approach is adapted to the fluviomarine context. The originality of this method lies in the use of a conceptual model that formalizes the identification of underwater dunes considering their salient features (i.e. crest line, stoss trough and lee trough). Underwater dunes are fuzzy structures without a clear delineation on the seafloor. In the proposed method, the salient features are identified from a morphometric analysis of the seafloor. Then, an object-oriented approach is used to generate dune objects from these salient features. The approach matches each crest line with its respective troughs allowing to circumscribe the dune objects. This object-oriented approach offers objectivity, repeatability and robustness to the segmentation, allowing it to adapt to the variable context of the seafloor. The proposed method was validated with bathymetric data from the Northern Traverse of the Saint-Lawrence River, with more than 850 segmented dunes and a performance rate of 92% of well-segmented objects. Finally, the last part of the project was dedicated to the characterization of the dunes. This approach is also based on the formalization of dune object by the conceptual model. By considering the salient features and the entire surface of the segmented dunes, the designed and developed method calculates different morphological descriptors, selected from the literature. To validate the proposed characterization method, more than 1200 dunes were characterized in nine different dunes fields in the fluviomarine context of the Northern Traverse of the Saint-Lawrence River. Thus, a tool that allows a systematic way to describe both individual dunes and the fields where they are located has been developed in this project.

La série permotriasique du Haut-Atlas Central (Maroc) est étudiée sous divers aspects: L'étude stratigraphique, sédimentologique et paléontologique a permis de diviser cette série en six formations: F1 et F2 attribuées au Permien par analogie latérale. de faciès, de type torrentiel de comblement de bassins locaux; F3 d'âge difficile à préciser, la sédimentation est toujours continentale, mais de glacis, à croûtes et sols carbonatés; F4, F5 (elle-même subdivisée en trois membres F5a, F5b, F5c) et F6 d'age trias supérieur: l'étude paléontologique de plusieurs gîtes fossilifères (Lamellibranches, pollens, gymnospermes, traces de pas de vertébrés) précisent l'âge Carnien supérieur (= Tuvalien) du membre F5a. Le dépôt est marin littoral. Une tectonique synsédimentaire distensive, héritée de la tectonique hercynienne est mise en évidence. L'analyse des paléocourants, la typologie des zircons et l'étude pétrographique, ont permis de situer l'origine des sédiments dans un secteur localisé au Sud, Sud-Est et à l'Est du bassin étudié, plus précisément dans l'Anti-Atlas.

La séquence sédimentaire du Dur At-Talah, située dans la partie sud du bassin de Syrte au centre de la Libye, est composée de 150 m d'épaisseur de roches principalement siliciclastiques (grès, siltites et argiles). L'importance de cette séquence est liée en partie à l'importance du bassin de Sirt qui est un des plus grands réservoirs d'hydrocarbures de Libye. La séquence est également un des plus important site de fossiles de vertébrés de l’Eocène supérieur, l'âge de la séquence. Les études antérieures, bien que très limitées par rapport à l'importance de cette zone, se sont concentrées principalement sur le contenu paléontologique de la séquence. L’étude sédimentologique n’avait été jusqu’à ce jour que très peu abordée. Cette thèse est un travail basé sur l’examen des affleurements et où l'accent est mis sur les structures sédimentaires et biogéniques (traces fossiles), visant à définir et à interpréter les faciès sédimentaires qui ont construit la séquence du Dur At Talah. L’ étude de la séquence a conduit à diviser la totalité de l’affleurement en trois intervalles génétiquement liés. Le plus ancien que nous avons appelé la « New Idam Unit » (environ 80 m d’épaisseur), est composé de grès très fins, de siltites et d’argiles. Cette unité (New Idam Unit) est recouverte en discordance par la « Sarir Unit » (environ 50 m d’épaisseur), composée de grès fins à moyens à faisceaux de litages entrecroisées dans sa partie inférieure (environ 25-30 m d’épaisseur) et de grès grossiers à microconglomératiques dans sa partie supérieure (environ 20-30 m d’épaisseur). La « Sarir Unit » est ainsi divisée en « Sarir inférieur » et « Sarir supérieur ». La « New Idam Unit » présente des dépôts qui sont attribués à un milieu main estuarien. La série débute par des dépôts d’environ 35 m d’épaisseur typiques d’un estuaire externe. Les 45 mètres qui lui font suite passent progressivement à des dépôts tidaux caractéristiques d’un estuaire interne. La Surface d'inondation maximale se situe entre les deux intervalles. Au-dessus de cette surface les indicateurs fluviaux augmentent et les indicateurs de marées diminuent progressivement, offrant ainsi un indice pour la migration de la rive de rivage vers le bassin (vers le Nord). La sous-unité du Sarir inférieur qui avait été interprétée avant ce travail comme dépôts fluviatiles, préserve pourtant des structures sédimentaires multi-échelles qui sont le résultat incontestable de processus de marée. Ceci est particulièrement évident dans la partie inférieure de l’unité « Sarir inférieur » (la Lower Lower Sarir Unit ; LLS). Dans la partie supérieure de l’unité Sarir inférieur (Upper Lower Sarir; ULS), les indicateurs de dynamique fluviale dominent largement sur ceux de la marée. Le Sarir inférieur est donc interprété comme un système deltaique mis en place lors d’une régression normale. Cette fois-ci, la surface maximale d'inondation se situe entre le LLS et ULS. Le « Upper Lower Sarir » (ULS) se terminée par une discordance subaérienne, avec de nombreuses traces d’émersion conservées au sommet de l'ULS. Celles-ci sont recoupées par le « Upper Sarir » qui montre des marqueurs fiables d'environnement de dépôt strictement fluvials. Les dépôts du « Upper Sarir » enregistre la séquence de bas niveau marin. Cette étude fournit des informations précieuses concernant le dépôt des séquences dans le bassin de Syrte au cours de la fin de l'Éocène. Elle fournit également une étude originale sur la dynamique tidale dans des milieux marins margino-littoraux. / Dur At Talah sedimentary sequence, located at the southern side of the Sirt Basin in central Libya, is composed of 150 m thick of mainly siliciclastic rocks. The importance of this sequence is linked to the importance of the Sirt Basin as one of large hydrocarbon reservoirs in Libya. The sequence is also an excellent site for vertebrate fossils of Late Eocene, the age of the sequence. Previous studies, though very limited compared to the importance of this area, are focused on its paleontological content. Sedimentology received only scant attention before this project. This thesis is an outcrop based study in which the focus is given to the sedimentary and biogenic (trace fossils) structures, aiming at defining and interpreting depositional facies which building up the sequence. The study is mainly based on field data which are analyzed on the light of related published literature and on the comparison with modern sedimentary environments. Results of facies analysis have led to splitting the entire sequence into three genetically related intervals. The oldest, we called the New Idam Unit (around 80m), is composed of very fine sandstones to mudstones. New Idam Unit is unconformably overlain by the Sarir Unit (around 50m), composed of medium grained cross bedded sandstones (the lower 25-30 m) changes up to very coarse and microconglomeratic sandstone (the upper 20-30 m). Thus, the Sarir Unit is split into the lower Sarir Subunit and upper Sarir subunit. The New Idam Unit presents both classical and unusual sedimentary and biogenic indicators that attribute this unit to estuarine depositional environment. It starts with outer estuarine (the lower 35 m) and ends up with inner estuarine (the upper 45 m). Maximum flooding surface is located in between. Above this surface the fluvial indicators increase and tidal indicators decrease, thus providing clue for basinward (North) migration of the shoreline. The lower Sarir subunit which was previously interpreted as fluvial deposits, preserves multi-scale sedimentary structures that undoubtedly belong to tidal processes. This is especially evidenced at the lower part of the lower Sarir Subunit (LLS). Fluvial indications over dominates the tidal ones in the upper part of the lower Sarir (ULS). Due to this configuration the whole lower Sarir subunit is interpreted as shallow marine, deltaic, depositional system, occurred during sea level ¨normal¨ regression. This time, maximum flooding surface is located between the LLS and ULS. The lower Sarir subunit is terminated by subaerial unconformity, with evidences of subaerial exposure preserved at the top of the ULS. These are intruded by the upper Sarir subunit which presents clear evidences of strictly fluvial environment of deposition. The deposits of the upper Sarir subunit record the low stand system tract part of the Dur At Talah sequence. In addition to the outlined results, the sequential pattern of the depositional events is suggested for the entire sequence of Dur At Talah. This study provides a valuable information regarding the depositional and sequential aspects of the Sirt Basin during the late Eocene, it also provide an unique case study for the better understanding of the shallow marine tidal deposits.