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Quaternary landform features and their associated sedimentary assemblages (river terraces and alluvial fans) often provide important records of long-term landscape evolution. The reconstruction of global terrace sequences has enabled the identification of numerous external and internal forcing mechanisms which operate within the Quaternary landscape system. The relative effects of these forcing mechanisms are highly variable over a range of spatial and temporal scales. In this research, a combined study approach is adopted in order to ascertain the significance of external (e.g. tectonics, climate) and/or internal (e.g. lithological thresholds) forcing mechanisms upon patterns of Quaternary landscape development within the Tabernas Basin, SE Spain. The results of extensive field investigation have developed a four-tiered landform stratigraphy (i.e. basin wide terrace levels) for the Tabernas Basin. Chronological constraints for the Quaternary stratigraphy were obtained from Optically Stimulated Luminescence dating. Age estimations develop a pattern of climatically driven terrace aggradations during glacial phases throughout the Middle to Late Pleistocene. This pattern fits well with regional models of enhanced terrace formation during glacial phases after the Middle Pleistocene. The Quaternary stratigraphy of the Tabernas Basin was investigated by methods of geospatial interpolation and numerical modelling. The results of conceptual and quantitative modelling approaches highlight the dominance of non-uniform rates of base-level change driven by variable rates of tectonic uplift throughout the Mid-Late Pleistocene. Enhanced uplift in the west of the basin associates well with regional patterns, with tectonically driven base-level changes focused in the eastern Alpujarran Corridor. Internal landscape thresholds were important in the Holocene development of the Tabernas basin. Increased rates of incision in the final stages of basin development were likely attributed to the effects of lithological controls coupled with anthropogenic activity in the basin catchment.

Les systèmes sédimentaires turbiditiques ont de tout temps présenté un intérêt pour la recherche académique et industrielle. Ils correspondent à d’importantes accumulations sous-marine, à l’organisation complexe et se développant au pied des marges continentales. Les processus gravitaires assurant le transport des matériaux au sein de ces systèmes sont variés et organisés selon un continuum longitudinal évoluant depuis les dépôts les plus concentrés vers des courants turbulents à l’aval via des effets de perte de charge et d’incorporation d’eau. Parmi les nombreux paramètres contrôlant l’organisation de ces systèmes, l’inclinaison de la pente continentale apparait comme un paramètre majeur. Les découvertes récentes de réservoirs pétroliers au pied de marges dites abruptes, associées à des pièges stratigraphiques suscitent un intérêt particulier des industriels sur les modalités de mise en place de ces systèmes à la transition entre la zone de bassin et la pente. L’analyse des architectures de dépôt, et des variations hydrodynamiques des écoulements, dans ces zones critiques de fermeture des réservoirs apparait comme cruciale d’un point vu académique et pétrolier. Les systèmes turbiditiques du bassin de Tabernas en Espagne (Tortonien supérieur/Messinien préévaporitique) d’une part, les Grés d’Annot dans le bassin du Sud-Est (France, Eocène/Oligocène) d’autre part et enfin les systèmes Crétacés de la marge Ivoirienne se développent dans des contextes de marge abrupte. Ils présentent des profils de pentes escarpées constituant de bons analogues adaptés à l’étude de la mise en place de ce type de réservoirs pétroliers. Ce travail se base sur des données de terrain (relevés de logs sédimentologiques, cartographie, mesure de paléo-courant) et sur l’analyse d’un bloc de sismique 3D le long de la marge Ivoirienne pour renforcer la pertinence des comparaisons. Les dépôts de ces systèmes turbiditiques témoignent des processus de ségrégation des écoulements avec un piégeage préférentiel des particules les plus grossières localisé au niveau des variations de pente le long du thalweg. Ces variations de la topographie sont à l‘origine de ressaut hydraulique entrainant une modification des écoulements. L’étude fine de l’architecture et de la mise en place de ces dépôts formant le biseau amont de ces systèmes sur la pente, apporte des avancées inédites sur les continuums de dépôts des écoulements au sein des zones de canyon et à la transition canyon/bassin. De plus, cette analyse met en évidence l’impact des zones de rupture de pente et du phénomène de ressaut hydraulique pouvant en découler. Le caractère pseudo tridimensionnel de tous les affleurements étudiés, semble au moins partiellement valider l’existence de biseaux amonts des systèmes turbiditiques. Néanmoins aucun d’entre eux ne permet de documenter le recouvrement amont par des argiles ; lesquelles assureraient en conditions réelles la qualité de la couverture. En amont de ces zones de biseaux, la présence de zone de By-pass des écoulements gravitaires apparait liée à l’augmentation de la pente et aux transformations des écoulements au passage des zones de ressaut hydraulique. Les modalités de biseaux amont des systèmes turbiditiques sont directement reliées à la présence de zone de changement de pente, où le phénomène de ressaut hydraulique entraine le dépôt d’une partie de la charge sédimentaire la plus grossière des écoulements sous forme de lags deposits s’accompagnant ou non d’une érosion partielle du fond marin. Cette érosion peut prendre la forme de structure du type plunge and pool dans le cas d’une diminution importante de la pente. Les biseaux peuvent également se mettre en place par des phénomènes d’érosion/dépôts régressifs sur la pente. Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une thèse CIFRE en partenariat avec l’université Côte d’Azur, le groupe TOTAL et le laboratoire de Géoazur. / Turbidite systems present both academic and industrial interest for research. They correspond to important marin accumulations developing at the base of the continental slope, with a complex organization. The gravitational processes for transporting materials within these systems are varied and organized along a longitudinal continuum evolving from the most concentrated deposits to turbulent downstream currents through pressure drop and water incorporation effects. Among the many parameters controlling the organization of these systems, the inclination of the continental slope appears as a major parameter. The recent discoveries of oil reservoirs at the foot margins considered as “steep” associated with stratigraphic traps arouse particular industrial interest in the methods of setting up these systems at the transition between the basin zone and the slope. The analysis of the deposition architectures, and the hydrodynamic variations of the flows in these critical zones of field appears as crucial from an academic and petroleum point of view. The turbidite system of the Tabernas Basin in Spain (Upper Tortonian / Messinian Pre-Evaporitic), the Annot Sandstone in the South-East Basin (France, Eocene / Oligocene) and the Cretaceous system of the Ivorian margin develop in steep margin contexts with steep slopes profiles constituting good analogs adapted to the study of this type of stratigraphic trap. This work is based on field data (sedimentological log survey, cartography, paleocurrent measurement) and on the analysis of a 3D seismic block along the Ivorian margin to reinforce the relevance of the comparisons. Deposits of these turbidite system indicate segregation processes with preferential trapping of the coarser particles located in the upstream zones at the level of the slope break along the thalweg. These variations of the topography initiated a hydraulic jump causing a change in the flow condition. The detailed study of the architecture and the formation of these deposits forming the upstream pinch-out on the slope brings a new light on the continuity of these sandbodies within the zones of canyon and the transition canyon / basin. In addition, this analysis highlights the impact of the slope failure zones and the hydraulic jump phenomenon that may result. The pseudo-three-dimensional character of all outcrops studied seems to validate the existence of upstream pinch-out of turbidite systems. Nevertheless, none of them allows to document the upstream recovery by clays; which would ensure in real conditions the quality of the cover. Upstream of these pinch-out, the presence of by-pass zones appears related to the increase of the slope gradient and the flows transformations while crossing the hydraulic jump. The upstream pinch-out modalities of turbidite systems are directly related to the presence of a slope break where the hydraulic jump phenomenon causes the deposition of a part of the coarsest sediment load as lags deposits accompanied partial erosion of the seabed, often taking the form of plunge and pool in the case of a significant decrease of the slope. This work was conducted as part of a CIFRE thesis in partnership with the Côte d'Azur University, the TOTAL group and the Géoazur laboratory.

Le but de cette thèse est d'étudier les structures sédimentaires de déformations produites par liquéfaction en subsurface des sédiments marins (soft sediment deformations) lors d'événements sismiques. Une caractérisation de différents niveaux de séismites est menée afin de mettre en relation la formation des SSDs et la tectonique régionale au moment de la déstabilisation à l'aide des directions de structures, et de discuter de l'impact de la lithologie sur la forme et la localisation des SSDs dans la pile sédimentaire. Ce travail est réalisé à partir d'observations de terrain et de mesures statistiques de la direction des structures sur des objets de dimensions variables. Le premier exemple s'est portée sur les SSDs qui affectent les dépôts du Penarth group (limite Trias-Jurassique) dans les îles Britanniques au début de la phase de dislocation de la Pangée. Le second exemple s'est appliqué à la caractérisation des parties amont de quatre grands mass transport deposits présents dans le bassin néogène de Tabernas, (cordillères Bétiques, Espagne). Cette étude a mis en évidence le lien très fort entre la déformation de surface et la tectonique et l'intérêt d'étudier ces objets pour mieux définir le contexte du bassin au moment de la déstabilisation. La lithologie du sédiment et son taux d'induration ont un impact fort sur le type de SSDs observées. Les paramètres favorisant le déclenchement de la déstabilisation gravitaire au-dessus d'un niveau liquéfié sont 1) un faible taux d'induration sédimentaire 2) un temps de liquéfaction important et des fortes magnitudes de séisme 3) l'absence de failles qui traversent le niveau liquéfié susceptibles d'ancrer la déformation. / The aim is to study the sedimentary structures of deformation produced by liquefaction in subsurface of marine sediments (soft sediment deformations) during seismic events. A characterization of different levels of seismites is carried out in order to (1) establish links between the formation of SSDs and the regional tectonics with the time of destabilization using structural directions of deformation; (2) to discuss the impact of lithology on the shape and location of deformation structures in the sedimentary pile. The characterization of SSDs is realized from: (1) field observations and (2) statistical measurements of the direction of structures on objects of variable dimensions. The first studied case concerns the characterization of the SSDs that affect the Penarth group (Triassic-Jurassic boundary) deposits in the British Isles at the beginning of the break-up phase of the Pangea. The second example present the characterization of upstream areas of four major mass transport deposits, located in the intramontane basin of Tabernas, in the Betic Cordilleras (Spain). Sediment lithology and induration rates with depth, have a strong impact on the type of observed deformation structures. The parameters that encourage the triggering of the gravity destabilization above a liquefied level are (1) a low sedimentary induration rate which does not limit the liquefaction process (2) a high liquefaction duration which requires a high magnitude of the seismic event (3) the absence of faults which cross the liquefied level and can anchor the deformation in the underlying bed by forming relief.