Ce manuscrit présente la dynamique des dépôts évaporitiques du bassin de Sivas en Turquie et évalue l’impact diagénétique de ces évaporites sur les analogues de réservoirs gréseux. Cette étude s’effectue dans un bassin d’avant-pays ayant la spécificité d’avoir enregistré une intense tectonique salifère, marquée notamment par la présence de mini-bassins oligo-miocènes. Les résultats présentés s’appuient sur des relevés cartographiques de terrain, des descriptions sédimentaires ainsi que sur des analyses pétrographiques et géochimiques.Les premières évaporites du bassin se forment à l’Eocène supérieur lorsque l’avant-pays perd progressivement sa connexion avec le domaine marin, en conséquence de la propagation de la chaine de plis et de chevauchements. La fermeture océanique s’accompagne d’une diminution drastique des apports clastiques. Les faciès turbiditiques évoluent alors vers des dépôts argilo-carbonatés propres à un bassin affamé et anoxique. Les évaporites commencent par précipiter dans des bassins en piggy-back précocement isolés du reste de l’avant-pays. Par surrection tectonique, ces dépôts subissent un démantèlement gravitaire qui induit des accumulations de gypses détritiques au front de la chaîne. Avec l’augmentation des conditions de salinité de l’ensemble du bassin, des plateformes évaporitiques s’établissent ensuite sur les domaines peu profonds et nourrissent en fond de bassin des turbidites de gypse. Enfin, dans un plan d’eau devenu peu profond, l’essentiel de l’avant pays est comblé par de la halite aujourd’hui lessivée en surface. Tout au long de l’Oligo-Miocène, les évaporites éocènes induisent des déformations halocinétiques. Les sels diapiriques sont alors dissous et recyclés sous forme de dépôts gypsifères qui précipitent en domaine continental, au sein d’environnements sebkhaïques à lacustres peu profonds. Ces évaporites de seconde génération ont pu connecter différents émissaires diapiriques pour constituer ce que nous nommons « une canopée resédimentée ». Les sulfates recyclés se sont également accumulés sur des émissaires diapiriques en cours de déflation pour ainsi former de véritables mini-bassins évaporitiques secondaires encapsulés. Sur toute la bordure nord du bassin, et en continuité latérale d’une canopée salifère, les évaporites recyclées ont formé des accumulations majeures de gypse sélénitique lacustre.L’étude diagénétique des grès continentaux de mini-bassins montre une paragenèse ayant été contrôlée au premier ordre par la composition minéralogique des grains détritiques. Ainsi, dans les grès fortement polygéniques, des fluides salins et alcalins probablement dérivés du lessivage des émissaires diapiriques ont interagi avec les grains réactifs pour induire la précipitation précoce de ciments analcitiques. Ces derniers paraissent également avoir été favorisés dans les mini-bassins isolés hydrographiquement par des reliefs diapiriques. Plus localement, des phénomènes de gypsification se sont produits au niveau de dépôts faillés ou fracturés et positionnés à proximité immédiate de structures salifères. Les fluides salins impliqués circulaient par l’intermédiaire de la porosité créée par l’endommagement tectonique.L’ensemble des résultats présentés trouvent des analogies avec d’autres bassins salifères, actuels ou anciens, affectés par des déformations halocinétiques en contexte continental (e.g. le bassin Précaspien, le bassin du Zechstein ou le Great Kavir en Iran). / This manuscript focuses on the various evaporitic systems of the Sivas Basin (Turkey) and assesses the diagenetic impact of saline fluid flow on silicoclastic reservoir analogues. This study takes place in a foreland basin that has the peculiarity of having recorded halokinetic deformations, as evidenced by outcropping Oligo-Miocene mini-basins structures. The results are based on geological field mapping and sedimentary descriptions complemented by petrographic and geochemical analyses.The first evaporites of the basin precipitated during the Late Eocene when the foreland progressively lost its connection with the oceanic domain, as a result of the northward propagation of the fold-and-thrust-belt. Such event first resulted in sediment-starved conditions, with siliciclastic turbidites grading to muddy- and organic-rich facies. The evaporites then formed in early isolated piggy-back basins and were subsequently reworked in the foredeep by tectonically-induced gravitational collapses. With increasing saline conditions, evaporitic platforms developed in shallow-water domains of the foreland, and fed gypsum turbidites in the deep-water setting. Finally, after the general establishment of shallow-water hypersaline conditions, most of the available space was filled by halite deposits, nowadays entirely dissolved at the surface.During the Oligo-Miocene, Eocene evaporites induced halokinetic deformations. The diapiric salts were then recycled as gypsiferous deposits precipitated in sabkha to shallow-water lacustrine setting within salt-walled mini-basins. Such evaporitic deposits of second-generation were able to connect different diapiric structures, forming what we define as a “resedimented canopy”. The recycled evaporites also accumulated in depleting diapiric stems, resulting in the development of peculiar encased evaporitic mini-basins. Finally, along the northern border of the basin, the recycled evaporites formed massive accumulations of lacustrine selenitic gypsum southward connected to a spreading salt canopy.The diagenetic study of Oligocene continental sandstones emplaced within mini-basins highlights a paragenesis controlled at first order by the detrital composition. For instance, in the less sorted sandstones, saline-alkaline fluids, probably resulting from the leaching of diapiric salts, interacted with reactive grains to produce analcitic cements at shallow burial. These cements also seem to have been favored in mini-basins that were hydrographically isolated by diapiric reliefs. More locally, in fractured to faulted sandstones close from a diapiric structures, the porosity has been early to lately occluded by gypsum cements. The saline fluids inducing such cementation were fed by the diapiric evaporites, and reached the reservoirs through the fracture or fault-related porosity.All of these results may find relevant analogies with other ancient or present-day evaporitic basins affected by halokinetic deformation in continental setting (e.g. the Precaspian Basin, the Zechstein Basin or the Great Kavir in Iran).

The present thesis consists in a real complex case study of halotectonic deformation in the central portion of the Santos Basin passive margin, investigating the complex interactions between deformation and sedimentation and evaluating its impacts on the petroleum systems.Seismic data set and exploration wells were input to the study, which cover an area where halokinetics affect the active petroleum systems. The thickest depocenter of the Santos basin is partially in the study area. The sedimentary infilling history is associated with the Cabo Frio Fault development, linked with a gap of tens of kilometers in the Albian sediments occurrence. Minibasins are under halotectonic compression towards deep waters. The challenges of this work consists in find methods to build and then to restore the structural model in an effective way.Fifteen interpreted horizons were used to build a surface model. Five geological cross-sections were restored and interpolated to get salt and overburden volumes. The restoration successively removes the uppermost layer and decompacts the remaining layers through sedimentary unloading. Restoration also considers the unloading isostatic compensation by flexure of an elastic weak layered lithosphere. The isostasy plays an important role in the tectono-sedimentary control. Its interaction with bathymetry, faults geometry and deposition surface profile constrains the local and regional subsidence. Biostratigraphic data and seismic pattern defined trough time the absolute paleobathymetry.The cross-section restoration has differentiated the major rift phase sequence deformation from three other drift phase sequences above the sal layer.Several 1D geo-histories were reconstructed for different points along the main direction of transport, to control the thickness variations in the 2D sections. 1D and 2D restorations clearly show that salt moves out of the study area and that there is strong coupling between the halotectonic dynamic and the change in the accommodation space.The extrapolation of the restoration results to 3D allows a better compartmentalization between the hemigrabens in the rift phase; highlights the role of structural high in the center of the investigated area and confirms the relation between structural evolution and sedimentation. Two major depocenters were amalgamated by salt deposition over the accentuated relief inherited from the larger vertical tectonic subsidence of the rift phase. The sedimentary infilling reveals the temporal relations of NE-SW and NNW-SSE oriented structures within the higher subsidence compartment in the western sector of the area. Two different ways to restore the sections allowed the uncertainty estimation of the bathymetry and isostatic relationships.The salt layer material conservation assumption, an operational tool, was consistent with the results. The salt volume balance over time showed a good correlation to lateral extension of the continental drift stage.The implications of the restoration scenario on the petroleum systems were only qualitatively interpreted and then compared to the classical backstripping approach. Three main sectors appear: the proximal shelf, the slope and the deepwater sector of the continental rise. The relatively early halotectonics of the proximal sector induces a more fast and short generation whereas, beyond the continental slope region, the petroleum systems is distally more heterogeneous, develops slower, dissipated and differentiated by the halokinesis, with longer refills fronts. The direct impact of salt restoration on the maturity evaluation is actually relatively small, because about 90% of ductile deformation occurred before 65 Ma and a significant part of the generation is ongoing after 65 Ma. On the other hand, the halotectonic restoration is fundamental regarding its impact on the petroleum systems.

The present thesis consists in a real complex case study of halotectonic deformation in the central portion of the Santos Basin passive margin, investigating the complex interactions between deformation and sedimentation and evaluating its impacts on the petroleum systems.Seismic data set and exploration wells were input to the study, which cover an area where halokinetics affect the active petroleum systems. The thickest depocenter of the Santos basin is partially in the study area. The sedimentary infilling history is associated with the Cabo Frio Fault development, linked with a gap of tens of kilometers in the Albian sediments occurrence. Minibasins are under halotectonic compression towards deep waters. The challenges of this work consists in find methods to build and then to restore the structural model in an effective way.Fifteen interpreted horizons were used to build a surface model. Five geological cross-sections were restored and interpolated to get salt and overburden volumes. The restoration successively removes the uppermost layer and decompacts the remaining layers through sedimentary unloading. Restoration also considers the unloading isostatic compensation by flexure of an elastic weak layered lithosphere. The isostasy plays an important role in the tectono-sedimentary control. Its interaction with bathymetry, faults geometry and deposition surface profile constrains the local and regional subsidence. Biostratigraphic data and seismic pattern defined trough time the absolute paleobathymetry.The cross-section restoration has differentiated the major rift phase sequence deformation from three other drift phase sequences above the sal layer.Several 1D geo-histories were reconstructed for different points along the main direction of transport, to control the thickness variations in the 2D sections. 1D and 2D restorations clearly show that salt moves out of the study area and that there is strong coupling between the halotectonic dynamic and the change in the accommodation space.The extrapolation of the restoration results to 3D allows a better compartmentalization between the hemigrabens in the rift phase; highlights the role of structural high in the center of the investigated area and confirms the relation between structural evolution and sedimentation. Two major depocenters were amalgamated by salt deposition over the accentuated relief inherited from the larger vertical tectonic subsidence of the rift phase. The sedimentary infilling reveals the temporal relations of NE-SW and NNW-SSE oriented structures within the higher subsidence compartment in the western sector of the area. Two different ways to restore the sections allowed the uncertainty estimation of the bathymetry and isostatic relationships.The salt layer material conservation assumption, an operational tool, was consistent with the results. The salt volume balance over time showed a good correlation to lateral extension of the continental drift stage.The implications of the restoration scenario on the petroleum systems were only qualitatively interpreted and then compared to the classical backstripping approach. Three main sectors appear: the proximal shelf, the slope and the deepwater sector of the continental rise. The relatively early halotectonics of the proximal sector induces a more fast and short generation whereas, beyond the continental slope region, the petroleum systems is distally more heterogeneous, develops slower, dissipated and differentiated by the halokinesis, with longer refills fronts. The direct impact of salt restoration on the maturity evaluation is actually relatively small, because about 90% of ductile deformation occurred before 65 Ma and a significant part of the generation is ongoing after 65 Ma. On the other hand, the halotectonic restoration is fundamental regarding its impact on the petroleum systems. / Ce travail étudie la déformation salifère dans la partie centrale du Bassin de Santos sur la marge Atlantique brésilienne et examine l'interaction complexe entre cette déformation et la sédimentation, ainsi que ses effets sur les systèmes pétroliers. Les données sismiques et les puits disponibles couvrent une zone où l'halocinèse affecte les systèmes pétroliers actifs. Le principal dépôt-centre du bassin est partiellement dans la zone d'étude. L'histoire de remplissage sédimentaire est liée au développement de la faille de Cabo Frio, qui induit un absence des sédiments de l'Albien sur des dizaines de kilomètres. Des mini-bassins dus à la compression salifère se produisent dans la partie la plus distale.Il s'agit dans ce travail de trouver une méthode effective de construire et de restaurer le modèle structural. Quinze horizons stratigraphiques ont été interprétés. Cinq coupes géologiques ont été restaurées et interpolées pour analyser l'évolution temporelle des volumes du sel et des unités encaissantes. La restauration enlève successivement la couche la plus récente et décompacte les couches sous-jacentes en fonction de la charge enlevée. La procédure de restauration prend aussi en compte la compensation flexurale d'une lithosphère élastique et peu épaisse. L'isostasie joue un rôle important dans le contrôle tectono-sédimentaire. Son interaction avec la profondeur d'eau, la géométrie des failles et la surface de dépôt contrôle la subsidence locale et régionale. Des données des puits et les facies sismiques aident à calibrer la paléo-profondeur d'eau.La restauration de coupes différencie la déformation verticale de la phase anté sel des trois autres séquences qui ont été déposées au-dessus du sel. Plusieurs reconstructions 1D illustrent différentes situations le long de la direction principale de transport et permettent de contrôler l'épaisseur des coupes restaurées. Les restaurations 1D et 2D ont clairement montré que le sel s'échappe vers l'est au-delà de la région d'étude. La dynamique du sel se corrèle fortement avec l'espace d'accommodation disponible. L'extrapolation de la restauration au domaine 3D a permis de mieux configurer les demi-grabens de la phase rift, a accentué le rôle des hauts structuraux au centre de la zone étudiée et a montré comment les relations structurales contrôlent la sédimentation. Deux dépôt-centres ont été unis par le déposition de sel sur une topographie escarpée héritée du rifting. Le remplissage du compartiment le plus subsident à l'ouest du modèle a permis des interprétations temporelles par rapport aux structures orientées NE-SW et NNW-SSE. Deux façons de restaurer les coupes ont permis d'évaluer l'incertitude sur la paléo-profondeur d'eau et ses relations avec l'isostasie. L'hypothèse d'une préservation volumique du sel s'est avérée cohérente avec les résultats, puisqu'elle a montré une bonne corrélation avec la distension latérale lors de la dérive continentale.Les implications du scénario restauré sur les systèmes pétroliers ont été interprétées qualitativement et comparées ensuite avec l'approche classique de backstripping. Trois secteurs sont distingués : plateforme, pente et l'eau profonde. La tectonique salifère relativement précoce a induit une génération plus rapide et plus courte pour le secteur plus proche tandis que, au-delà de la pente continentale les systèmes pétroliers distaux sont plus hétérogènes avec un développement ralenti, dissipé et différencié par l'halocinèse, avec de recharges sur des temps plus longs. L'impact direct de la restauration de sel sur l'évaluation de la maturité est relativement faible, puisque 90% de la déformation ductile se produit avant 65 Ma et une partie importante de roches mères ont maturé plus tard. Mais la restauration de la tectonique salifère est essentielle par son impact sur le système pétrolier post déformation.

La structure de Jebel Ech sel Cheid est situé dans la province salifère du Nord de la Tunisie et se trouve au Sud-est du site archéologique Dogga / Téboursouk. Le rifting a commencé depuis la période triasique et s'est poursuivi au cours du Crétacé. Au début du Crétacé, ces structures ont abouti au "diapirisme" et à l'extrusion du sel dans le bassin sédimentaire. Dans les deux flancs du Jebel Ech Cheid, nous avons observé des preuves de la manifestation de la tectonique synsédimentaires tel que : failles normales sellé dans les dépôts albiennes, slumps, olistolithes, remaniements du matériel salifères dans les sédiments barrémiennes et albiennes.... Dans la période Jurassique/Crétacé inférieur la subsidence est importante et elle est lié principalement à l'amorce des mouvements du salifère triasique dans la région du Jebel Ech Cheid. Par la suite, l'épisode extensive majeur est installée depuis l'Aptien jusqu'au Sénonien inférieur. L'architecture du bassin sédimentaire est ordonnancée par des systèmes de failles héritées identifié par l'intermédiaire de profiles sismiques : il s'agit d'un système de rollover synthétique et antithétiques dans le bassin méridionale du corps salifère associé avec le mouvement de la failles de Téboursouk dans le flanc septentrionale.L'architecture du bassin sédimentaire construite aux cours du Mésozoïque été le principale facteur responsable à la naissance de la structure du Jebel Ech Cheid. Ensuite, la phase de compression majeure a été provoquée vers la fin du Crétacé supérieur et atteint son paroxysme à l'Eocène supérieur. Ainsi au cours de l'Oligocène il y a une période d'étirement. Enfin, les mouvements du salifère ont été influencés par les plissements tortoniennes et quaternaires. La délamination et les plissements des sédiments de couverture du matériel salifère a facilité le développement des ailes de sel. La structure salifère du Jebel Ech Cheid a été soumise à des forces compressives asymétriques édifiant des chevauchements sur les bordures, éventuellement renforcé par la gravité en raison de l'orientation des grandes failles normales héritées (NE-SW) et le rôle de la direction principale de compression (NW-SE). Par conséquent, la combinaison des mouvements chevauchement/décrochement dextre a donné naissance à une structure en queue de cheval bien visible dans le bassin de Gafour durant l'épisode du Quaternaire. Ainsi, nous considérons le corps salifère du Jebel Ech Cheid comme un dôme de sel avec des extrusions pulsatiles de sel à l'image d'un "glacier" de sel. Dans une période initiale à l'Aptien supérieur les abords de la structure sont à 451m et le taux d'extrusion de la masse de sel sur le fond de la mer a été calculée avec la méthode de Talbot est de l'ordre de 55,2 mm an-1. Il est également plus de 400 fois plus rapide que la vitesse de sédimentation la plus rapide des sédiments de couverture terminé en moyenne vers les 9 Ma du Barrémien/Aptien. Le dôme de sel a été ensuite enraciné et il a évolué vers une structure complexe qui a été déracinée après les plissements tertiaires et quaternaires. Au Nord de la Tunisie, près de Testour/Slouguia, nous avons conduit de nouvelles observations et révision biostratigraphique. À la lumière de ces apports, il est possible de mieux interpréter la relation entre le sel triasique et les séries mésozoïques encaissantes (T.M.). Auprès de la limite (T.M.), le matériel salifère se trouve remanié dans la série marno-argileuse de l'Albien inférieur. Dans tout le secteur, nous avons noté la quasi-absence du Jurassique. Nous proposons d'interpréter la mise en place du sel triasique de la structure de Chitana-Ed Djebes, d'une manière gravitationnelle dans une marge passive à l'Albien, à l'image des corps salifères de la province salifère du Golf Coast du Mexique. Un schéma rétro-tectonique de la structure salifère Chitana-Ed Djebs montre que cette mise en place s'est effectuée sur une paléo-pente sous-marine. En outre, on établit les indices de l'amorce de l'inversion tectonique post Campanien et son paroxysme de l'Éocène moyen à supérieur. Cette dernière est clairement fossilisée par la discordance de l'Eocène moyen-Lutétien sur les séries albiennes.

L’objectif de cette thèse est d’analyser l’évolution d’une province à mini-bassins salifères, en s’appuyant sur l’étude des variations spatiales et temporelles de faciès, d’épaisseurs ainsi que des géométries développées lors du fluage des évaporites. L’exemple naturel investigué est le bassin de Sivas, situé sur le Plateau central Anatolien en Turquie. Ce bassin d’avant-pays enregistre à l’Oligo-Miocène la formation de nombreux mini-bassins secondaires au-dessus d’un niveau d’évaporites allochtones. A partir d’une cartographie et d’une description détaillées des séries sédimentaires accumulées dans les mini-bassins de Sivas, nous avons pu identifier trois ensembles tectono-sédimentaires cohérents :• la formation Karayün (Oligocène moyen à supérieur), constituée de dépôts de playa-lake, fluviatile en tresse et fluvio-lacustre, interprétée comme proche d’un système fluviatile en distributaires ;• la formation Karacaören (Oligocène supérieur, Miocène inférieur), interprétée comme une série alternante entre une rampe mixte deltaïque et carbonatée, et des dépôts de lagune et de plaine côtière ;• la formation de Benlikaya (Miocène), constituée de dépôts de cônes alluviaux, fluviatiles en tresse et playa-lake, interprétée également comme proche d’un système fluviatile en distributaires.Malgré de nombreuses variations de l’épaisseur et de la succession sédimentaire inter- et intra-bassins, des unités stratigraphiques équivalentes ont pu être déterminées à partir de l’identification de lignes isochrones marquant des changements de tendances. Nous avons montré alors que le système sédimentaire de chacun des mini-bassins est contrôlé au premier ordre par trois facteurs interdépendants, à savoir :• l’accommodation par halocinèse, provoquant la surrection des diapirs et des murs périphériques lors de la subsidence du mini-bassin. Ce fluage des évaporites produit des variations intra-basinales de faciès et d’épaisseurs, associées à des déformations syn-sédimentaires en bordure de mini-bassins. À plus grande échelle, ces objets salifères produisent une compartimentation inter-bassins des environnements de dépôts.• le taux d’accumulation sédimentaire, qui influence la faciologie et l’architecture stratigraphique des dépôts.• l’accommodation régionale, lié à la flexure du bassin, à l’origine du dépôt de série isopaques pouvant recouvrir les diapirs et finalement masquer l’influence salifère.À ces paramètres communs aux provinces salifères, nous ajoutons, l’influence des contraintes tectoniques compressives qui modifient les rétroactions entres ces facteurs. / The aim of this thesis is to investigate the development of a salt-related mini-basin province, based on spatial and temporal changes in the facies assemblages, stratigraphic architecture and thicknesses, as well as stratal structures related to salt movement. The study area is the Sivas Basin, located in the Central Anatolian Plateau of Turkey, which is a foreland basin that records the formation during the Oligo-Miocene of numerous secondary mini-basins on top of an allochthonous evaporite canopy. Through detailed mapping of the Sivas mini-basin province, we provide a new and comprehensive description of the stratigraphic vertical succession including:• the Karayün Fm (Mid to upper Oligocene), comprising playa-lake, fluvial braided and fluvio-lacustrine deposits, and interpreted as a large distributive fluvial system;• the Karacaören Fm (Up. Oligocene to Low. Miocene), comprising two main sub-environments: mixed deltaic and carbonate ramp, alternating with coastal plain and restricted lagoon;• the Benlikaya Fm (Miocene), comprising alluvial fan, fluvial braided and playa-lake deposits interpreted also as a large distributive fluvial system;Within neighbouring minibasins and despite a similar vertical stratigraphic succession, variations are observed in stratigraphic units of equivalent age within and between minibasins. At the first order, we have defined three factors that dictate the pattern of mini-basin filling:• salt-induced accommodation producing local faciologic and stratigraphic thickness changes, and halokinetic structures along mini-basin borders. At larger scale, salt structures result in a compartmentalization of facies between basins.• The sediment supply rate, which affects facies assemblage and stratigraphic architecture.• Tectonically driven regional accommodation attributed to the foreland flexure, inducing the deposition of relatively isopachous series draping and finally obscuring the salt topography.In addition, these three factors are largely influenced by shortening during the evolution of the Sivas fold-and-thrust-belt.

Cette thèse porte sur les interactions entre les déformations halocinétiques locales au sein des mini-bassins salifères et les déformations régionales compressives. L’étude s’appuie sur une analyse structurale multi-échelle détaillée d’une province à mini-bassins se développant dans le bassin d’avant pays de Sivas (Turquie). Une analyse de terrain approfondie, associée à une étude de données de subsurface, permet de proposer une révision des cartes géologiques ainsi qu’une évolution tectonosédimentaire identifiant les déformations liées à la tectonique salifère et celles liées à la propagation de la ceinture de plis et de chevauchements dans l’avant-pays. A partir de l’Eocène supérieur, le fluage del’évaporite autochtone, initié et entretenu par le chargement sédimentaire différentiel ainsi que par la déformation compressive, permet la formation d’une première génération de mini-bassins. Ces minibassins, constitués par une formation continentale Oligocène, vont être recouverts par une nappe d’évaporite allochtone accueillant une seconde génération de mini-bassins constitués de formations continentales et marines Oligo-Miocène. L’initiation du domaine de mini-bassins secondaires est caractérisée par une distribution polygonale du réseau de diapirs et de murs d’évaporites. Ces mini-bassins enregistrent localement les effets de la tectonique salifère par le développement d’une grande variété de structures halocinétiques à différentes échelles telles que les séquences halocinétiques unitaires (crochet et éventail), séquences composites (tabulaire ou fuseau) et megaflaps. Une série de modélisation analogique préliminaire amontré que ces structures peuvent se développer avec ou sans l’application d’une compression aux limites. De plus, les analogies géométriques entre les mini-bassins de Sivas et les provinces salifères connues suggèrent que la dynamique de formation de ces mini-bassins est au premier ordre contrôlée par le chargement sédimentaire différentiel, découplé partiellement de la compression régionale. Néanmoins, l’analyse du réseau de fractures et de l’endommagement matriciel souligne l’enregistrement précoce de la déformation compressive régionale lors de l’initiation des mini-bassins.L’influence du raccourcissement sur la structuration de la province à mini-bassins s’exprime de manière croissante par l’écrasement des corps salifères permettant : (i) le développement de dépocentres linéaires préférentiellement perpendiculaire à la direction de raccourcissement, (ii) l’émergence de corps allochtones d’évaporites en surface, ainsi que (iii) la rotation et translation des mini-bassins. Cette province à mini-bassins génère une discontinuité dans la propagation et l’accommodation de la déformation compressive : la déformation compressive est accommodée auniveau du réseau polygonal de murs d’évaporites formant des structures multidirectionnelles. De plus, cette concentration de la déformation par écrasement des structures salifères entraine la remobilisation des évaporites vers l’avant-pays générant alors un nouveau système salifère. / This doctoral work studies the interaction between withdrawal of minibasins and regional shortening during evolution of a foreland fold-and-thrust belt. This is achieved by a multiscale structural analysis of the Sivas Basin (Turkey). Extensive field work and regional seismic lines interpretations helped to build a new and detailed geologic map of the central Sivas Basin and to provide a new tectonosedimentary framework highlighting the influence of salt tectonics and the regional shortening, starting in the Late Eocene by the autochthonous evaporite deposition. This level is remobilized by the northward migrating sedimentary load, shortening and tilting of the basin southern margin during propagation of the foreland fold-and-thrust belt. Evaporite flow is recorded by the withdrawal of a primary generation of continental Oligocene minibasins which are then covered by an evaporite canopy. The canopy extending northward allows the development of second generation of continental to shallow marine mini-basins from Oligocene to Middle Miocene. Secondary minibasins initiation in the central part of the Basin, is characterized by sub-circular minibasins surrounded by polygonal diapirs and walls. Flanking these minibasins, a large variety of halokinetic structures is described: halokinetic sequences (hooks and wedges), composite halokinetic sequences and megaflaps. Preliminary sand-box modeling study suggests the development of thesehalokinetic structures both with and without shortening. Furthermore, minibasins geometries are closely similar to those imaged or mapped in other salt provinces suggesting that mini-basin withdrew is first control by sedimentary load, probably due to decoupling by the salt. However, the fractures and anisotropy of magnetic susceptibility analyses suggests the record of shortening since the minibasins initiation. The increase influence of regional shortening on the minibasins domain is expressed by salt walls and diapirs squeezing inducing: (i) the development of linear mini-basins perpendicular to the shortening direction, (ii) salt sheet emplacement and (iii) the translation/rotation of minibasins. The minibasins province produces a discontinuity for the fold-and-thrust belt propagation. Indeed, the minibasins province accommodates the shortening deformation along the polygonal network of salt walls and diapirs forming multidirectional structures. Furthermore, the regional shortening accommodation by salt structures squeezing produce an evaporitic remobilization and migration of a salt canopy toward the foreland basin. / Bu doktora tezi/çalışması, bir önülke kıvrım ve bindirme kuşağının evrimi sırasında minihavzaların çekilmesi ve bölgesel kısalma arasındaki etkileşimi konu edinir. Çoklu ölçekteki bu yapısal analiz Sivas Havzası (Türkiye) ölçeğinde gerçekleştirilmiştir. Kapsamlı saha çalışması ve bölgesel olarak sismik kesitlerden ortaya çıkarılan yorumlamalar, Sivas Havzası’nın orta kesiminde detaylı bir jeolojik haritalama yapımına yardımcı olmuş ve otokton evaporit depolanmasının başladığı Geç Eosen’den başlayarak havza için tuz tektoniği ve bölgesel kısalmanın etkisindeki yeni bir tektono-sedimanter çatının ortaya çıkarılmasına neden olmuştur. Söz konusu seviye, önülke kıvrım ve bindirme kuşağının ilerlemesisüresince kuzeye doğru sedimanter dolgunun göçüyle birlikte havzanın güney kenarında kısalıma uğrayarak ve eğim kazanarak remobilize olmuştur. Evaporit akışı, kıtasal Oligosen minihavzalarının ilksel olarak oluşumundan sonra çekilmesine bağlı olarak gözlenmiş ve sonrasında evaporit yaygılarıyla örtülmüştür. Kuzeye kadar uzanan bu yaygı, Oligosen-Orta Miyosen arasında kıtasaldan sonra sığ denizel tipteki ikincil minihavzaların gelişimine de neden olmuştur.Havzanın orta kesimindeki ikincil minihavza başlangıcı, poligonal diyapir ve duvarlar tarafından çevrelenen dairesel minihavzalarla karakterize olur. Bu minihavzaların kanatlarında halokinetik yapılar tanımlanmıştır. Kanca (hook) ve kama (wedge) tiplerde olmak üzere halokinetik seriler, kompozit halokinetik seriler ve megaflaplar bu yapılar arasında sayılabilir. Çalışmanın başlangıcında yapılan kum kutusu model deneyi, bu halokinetik yapıların kısalmayla veya kısalma olmaksızın geliştiğini göstermiştir. Buna ek olarak minihavzaların geometrisi, muhtemelen tuzun ayrışmasından dolayı tortul yükün ilkkontrolünden dolayı çekilen diğer tuz bölgelerinde önerilen haritalanmış minihavzalara benzerdir. Bununla birlikte kırık ve manyetik suseptibilite analizleri, minihavzaların başlangıcından itibaren kısalmanın kayıt edilebilmesi hakkında fikir vermektedir. Minihavza bölgelerindeki bölgesel kısalımın artışı, tuz duvarları ve diyapirlerin sıkışmasıyla birlikte(i) kısalma yönüne dik durumdaki çizgisel minihavzaların gelişimi, (ii) tuz örtülerinin yerleşimi ve (iii) minihavzaların yer değiştirmesi veya dönmesiyle açıklanır. Minihavzalar bölgesi, kıvrım ve bindirme kuşağının gelişimi için bir süreksizlik üretir. Aslında, minihavzalar birçok yönde yapılar oluşturarak tuz duvarları ve diyapirlerin polygonal şekildeki yerleşimi boyunca kısalma deformasyonuna eşlik eder. Üstelik, tuz yapılarının eşlik ettiği bölgesel kısalma önülke havzalarına doğru evaporitik bir göçe de neden olmaktadır.

La compréhension des processus et des modalités de l’inversion des systèmes extensifs et plus particulièrement les domaines de marges amincies, dans les chaines de collision est un enjeu majeur. La chaîne intracontinentale des Pyrénées constitue un exemple d’inversion de marges passives hyper-amincies, associées à un métamorphisme HT-BP et intégrées dans le prisme orogénique. La première partie de cette étude est centrée sur l’étude de la répartition du métamorphisme HT-BP associé à la phase de rifting et de l’exhumation du manteau lithosphérique. L’apport des données de TRSCM a permis, dans un premier temps, de définir l’enveloppe de la ZIM caractérisée par des températures comprises entre 400 et 630°C à l’échelle de l’ensemble de la chaîne et de montrer qu’il n’existe pas de gradient significatif des températures maximales à cette échelle. Dans un second temps, cette étude a permis de mettre en évidence des sauts de température importants au travers de failles majeures et de distinguer des gradients de températures latéraux à l’échelle des différents bassins constituant la ZIM, en particulier dans l’ouest de la chaîne sur l’exemple de la Nappe de Marbres. Cette partie de l’étude montre également l’importance d’une tectonique salifère antérieure au métamorphisme de HT-BP. La seconde partie de cette étude, concernant la structure de la ZIM met en évidence trois phases de déformation, associées à l’orogenèse pyrénéenne ainsi que le rôle du niveau de décollement des évaporites du Trias supérieur dans l’allochtonie généralisée de la ZIM. De plus, les failles majeures observées dans la ZNP, montrent un mouvement inverse avec une composante décrochante sénestre. L’interprétation de l’ensemble de ces résultats suggère que la ZIM et la ZNP ne forme qu’une seule unité découplée du socle varisque au niveau du Trias supérieur et déplacée par des chevauchements plats issus de l’héritage extensif, lors du début de la convergence. Le mode de déformation est alors de type thin-skinned, puis devient, lors de la collision des deux paléomarges, de type thick-skinned, avec le développement de faille majeures associées à l’exhumation des blocs de socle (Massifs Nord-Pyrénéens) qui ont découpé l’ensemble de la ZIM. / The understanding of the processes and scenarios of the inversion of extensional systems, and more specifically of hyper-extended margins, in collision thrust belts is a major issue. The intracontinental belt of the Pyrenees is an example of inversion of hyper-extended margins, associated with a HT-LP metamorphism and then integrated within the orogenic wedge. The first part of this study is focused on the distribution of the HT-LP metamorphism associated with rifting and the exhumation of lithospheric mantle. A new set of TRSCM data allows the recognition of the geometry of the IMZ, characterized with temperature ranging from 400 to 630°C and shows the absence of a regional gradient at this scale. This study then shows significant temperature gaps across major faults and distinguishes lateral temperature gradients at the scale of the different basins constituting the IMZ, especially in the westernmost part of the belt, in the Nappe des Marbres Basin. This part of the study moreover shows the importance of a salt tectonics prior to the HT-LP metamorphism. The second part shows the existence of three main tectonics phases during the Pyrenean orogeny and the role played by the Late Triassic evaporites as a decollement level in the generalized allochthony of the IMZ. A left-lateral component along the main faults within and along the boundaries of the North Pyrenean Zone (ZNP) is also shown. The interpretation of these observations is that the IMZ and ZNP form a single tectonic unit, decoupled from the Variscan basement by the decollement in the Late Triassic deposits and displaced above shallow-dipping thrust faults inherited from the rifting episode, during the first stages of the convergence. Deformation mode is then thin-skinned and becomes thick-skinned when the two paleomargins collide, with the development of major steeper faults linked with the exhumation of basement blocks (North Pyrenean Massifs) that dissected the IMZ.

La marge Ligure est une marge passive soumise à une déformation tectonique compressive associée à la tectonique salifère messinienne. La reprise en compression de la marge s’accompagne d’une sismicité modérée récurrente ponctuée d’évènements plus forts. La marge Ligure est le siège d’une sédimentation importante au Plio-Quaternaire. Elle constitue un environnement propice à l’étude des déstabilisations gravitaires. L’objectif principal de ce travail était de décrire et caractériser les principaux mouvements en masse ayant affecté la marge continentale Ligure au cours du Plio-Quaternaire, de localiser les principales zones sujettes aux déstabilisations et d’identifier les facteurs pré-conditionnant et déclenchant les ruptures dans le but de mieux évaluer l’aléa gravitaire. Une large couverture de données bathymétriques, géophysiques et des carottages acquis sur l’ensemble de la marge a permis de réaliser une étude multi-échelles des processus de ruptures gravitaires et des facteurs déclenchant associés. Près de 1500 glissements ont été identifiés. L’étude de leur répartition spatio-temporelle illustre que l’ensemble de la marge a toujours été affectée par des déstabilisations de pente mais que les principales zones de ruptures auraient migré vers l’ouest au cours du Plio-Quaternaire. Les grandes ruptures sous-marines sont préférentiellement associées aux zones de déformation maximale, cette dernière étant contrôlée par la tectonique crustale et/ou la tectonique salifère. Il apparaît que les ruptures résultent plus généralement d’une association de facteurs distincts qui ont participé à fragiliser la stabilité des dépôts de la pente et qui ont pu provoquer leur rupture. / The Ligurian margin is a passive margin characterized by high sedimentation rates during the Plio-Quaternary. It is affected by a compressive tectonic deformation leading to the inversion of the margin, together with a salt tectonic. The present-day moderate seismic activity is punctuated by stronger seismic events. Thus, this margin offers a good natural laboratory to study submarine landslides and their triggering factors. Although the Var Turbidite System has been well investigated over the last 20 years, the morphology and tectonics/sedimentary processes affecting the whole margin remained poorly known. This study aims to describe and to characterize the main types of mass movements, their preferential locations along the Ligurian margin during the Plio-Quaternary and their triggering factors to improve geohazards assessment related to landslides. A dataset including bathymetric and geophysical data and cores allowed to realize a multi-scale study of submarine failures and their associated triggering factors. About 1500 landslides were identified on the margin and in the basin. The study of their spatio-temporal distribution revealed that the margin has always been affected by mass-wasting processes and that the main zones of landsliding migrated westward during the Plio-Quaternary. The largest submarine landslides are preferentially associated with the highest deformation rates and their location is controlled by crustal tectonics and/or salt tectonics. The initiation of failures results from the combination of several factors including the margin deformation, earthquakes, salt tectonics and sediment under-consolidation.

L’Anatolie fait partie d’un vaste domaine orogénique qui s’étend des Alpes à l’Himalaya. Les sutures ophiolitiques rencontrées marquent les cicatrices de plusieurs domaines océaniques (branches de la Néotéthys Nord), interdigités entre plusieurs blocs crustaux au cours du Mésozoïque. La fermeture de ces domaines au Crétacé supérieur est accompagnée de la mise en place de bassins tertiaires syn-orogéniques dont fait partie le Bassin de Sivas, limité au nord par le bloc du Kırşehir et au Sud par les Taurides. Une étude structurale de terrain, complétée d’analyses géochimiques, biostratigraphiques et thermochronologiques ainsi que l’étude de 700 km de lignes sismiques 2D inédites, a été menée pour tenter de comprendre (i) le contexte géodynamique régional et (ii) l’architecture tectono-sédimentaire de ce bassin.L’étude des ophiolites présentes le long de la bordure sud du Bassin de Sivas met en évidence des péridotites intensément serpentinisées. La partie supérieure de l’ophiolite présente des brèches et ophicalcites caractéristiques de l’exhumation mantellique, alors que l’analyse géochimique des corps magmatiques révèle un environnement de supra-subduction, daté à circa 90 Ma (U-Pb sur zircon). Ces analyses démontrent la présence d’un domaine océanique embryonnaire entre le Kırşehir et les Taurides, dont la fermeture s’initie le long d’ancienne failles de détachement. L’obduction de la nappe de péridotite et de son mélange frontal sur la marge Nord des Taurides entre le Turonien et le Maastrichtien, permet de former le « socle ophiolitique » commun aux bassins est-anatoliens. L’analyse détaillée de la partie centrale du bassin, en carte et à l’aide de lignes sismiques 2D inédites et de thermochronologie basse température [AFTA et (U-Th)/sur apatite], a permis de proposer un modèle d’évolution cinématique sur la base de coupes équilibrées. La propagation de la déformation vers le Nord, initiée dès l’Eocène inférieur, permet l’isolation progressive du bassin et une forte accumulation d’évaporites à l’Eocène supérieur. Les dépôts de l’Oligo-miocène sont ensuite contrôlés par l’halocinèse, permettant la mise en place de deux générations de mini-bassins salifère, séparés d’une canopée. Les géométries dans le domaine halocinétique, et les variations latérales dans le bassin, montrent le contrôle exercé par (i) le bassin pré-évaporite affleurant le long de la moitié sud du bassin et (ii) l’épaisseur du niveau de sel initial.L’intégration de ces observations à l’échelle régionale met en évidence un contrôle du raccourcissement crustal, dans les Taurides et les bassins tertiaires, lié à la fermeture de la Néotéthys Sud, en générant l’émergence de structures de socles. La collision enregistrée à l’Oligocène supérieur - Miocène lors de l’indentation de la plaque Arabe le long des Taurides est contemporaine de la déformation du Bassin de Sivas et des bassins adjacents. / Anatolia is part of a vast orogenic domain that extends from the Alps to the Himalayas. Numerous ophiolitic sutures defined the remnants of several oceanic domains (Northern and southern Neotethys), between continental fragments formed during Mesozoic time. Oceanic closure during Late Cretaceous is recorded by the establishment of syn-orogenic tertiary basins, including the Sivas Basin bounded to the north by the Kırşehir block and to the south by the Taurides. An extended study based on field and completed by geochemistry, biostratigraphy and thermochronology analyzes and more than 700 km unpublished seismic data, was conducted to resolve (i) the regional geodynamic context and (ii) the tectono-sedimentary architecture of this basin.The ophiolites located along the southern edge of the Sivas Basin are made of serpentinized peridotites. The upper part of the ophiolite present breccias and ophicalcites commonly described as associated to mantle exhumation environment, while the geochemical analysis of the magmatic bodies reveals a supra-subduction environment dated at circa 90 Ma (U-Pb on zircon). These observations are in agreement with an embryonic ocean domain located between the Kırşehir and the Taurides, the closure which was initiated along fossil detachment faults. The obduction of the peridotite nappe and its frontal mélange on the northern margin of the Taurides between the Turonian and the Maastrichtian allows forming the “ophiolitic basement” of the east-anatolian basins.A detailed map and cross-section analysis, supported by 2D seismic lines and low-temperature thermochronology [AFTA and (U-Th) / on apatite], resulted in a kinematic evolution model and the realization of balanced cross-sections. The propagation of the deformation towards the north, initiated in the Lower Eocene, results in the progressive isolation of the basin and a strong accumulation of evaporites during the Upper Eocene. The Oligo-Miocene depocenters were controlled by halokinesis, forming two generations of mini-basins, separated by a salt canopy. The geometries in the halokinetic domain and the lateral variations in the basin show the control exerted by (i) the pre-evaporite basin outcropping along the southern half of the basin and (ii) the thickness of the initial salt level.Integration at the regional scale within the Taurides highlights the propagation of crustal shortening related to the Southern Neotethys closure, which formed linear tectonic basement exhumation. The collision recorded in the Upper Oligocene - Miocene during the indentation of the Arabic plate along the Taurides is contemporaneous to the deformation the Sivas Basin.

La dynamique des courants de turbidité est fortement contrôlée par la morphologie du fond marin. Les turbidites issues de ces courants constituent des réservoirs d’hydrocarbures très importants dans les bassins sédimentaires à travers le monde. L'objectif principal de ce travail est de comprendre comment le paleorelief a contrôlé la géométrie et l'architecture des réservoirs turbiditiques, en utilisant comme zone d'étude les réservoirs du Crétacé d'un champ pétrolier du bassin de Campos (offshore du Brésil), où la tectonique a été en partie dominée par l'halocinèse. La méthodologie utilisée dans cette thèse a couplé deux approches. La première a inclus à la fois la description des séquences sédimentaires, à partir de données de sismique-réflexion et de puits, et les restaurations structurales. Six horizons régionaux et quatre unités-réservoirs ont été identifiés et cartographiés afin de construire un modèle géologique multi-2D. Ces surfaces ont ensuite été aussi restaurées. Les résultats de cette étape suggèrent que les failles liées à l'halocinèse ont contraint la paléotopographie pour le dépôt des réservoirs plus anciens et que des structures tectoniques et un canyon ont formés les contraintes paléotopographiques pour la distribution des réservoirs plus jeunes. La seconde approche a été l'analyse du rôle des paramètres des écoulements en effectuant des simulations numériques du type stratigraphique (Dionisos) et des automates cellulaires (CATS). Une surface restaurée, considérée comme référence pour le dépôt des unités-réservoirs a été utilisée comme paléotopographie pour les simulations CATS. Le modèle numérique a été contraint par les données réservoirs. Cette utilisation inédite des simulations 3D avec des automates cellulaires dans une étude de cas réel concernant des dépôts marins anciens a produit des résultats réalistes par rapport aux exemples modernes connus. Elle a également fourni des résultats plus exploitables à l'échelle de réservoir que les modèles numériques de type "stratigraphique". Ce travail met en évidence l'importance des interactions tectonique-sédimentation et de la paléotopographie pour la distribution de réservoirs turbiditiques. / The dynamic of gravity-driven turbidity currents is strongly influenced by the morphology of the seafloor. The resulting turbidites constitute important hydrocarbon reservoirs in sedimentary basins throughout the world. The main objective of the present work is thus to understand the way the paleorelief controls turbidite reservoir architectures, with application in a specific study area with Cretaceous reservoirs in Campos Basin (Brazilian offshore). The tectonics in this Basin was partly controlled by halokinesis. The first approach was describing the local Cretaceous sedimentary sequence architecture, from seismic and well data, and performing structural restorations. Six regional horizons and four reservoir-scale units were identified and mapped in order to build a multi-2D geological model. Structural restorations highlighted the structural evolution and allowed the related horizon palaeotopography to be obtained. The results of this work step suggest that the halokinesis-related listric faults regulated the distribution of the basal reservoirs. Moreover, at the top of the Albian carbonates, a canyon was identified, which, in association with the tectonic structures, forms the palaeotopographic constraints for the upper reservoir geometry. The second approach was analyzing the role of flow controlling parameters by performing stratigraphic (Dionisos) and cellular automata-based (CATS) numerical simulations. The latter provided a more appropriate reservoir scale-simulation process than Dionisos. A restored surface, considered as reference for the deposition of the reservoir units, was used as the palaeotopography for CATS simulations, having as constraints the reservoir data. This pioneer use of cellular automata simulations in a real subsurface case study produced coherent results when compared with the actual reservoir distribution. This work sheds light on the importance of tectonic-sedimentation interactions and of palaeotopography for the distribution of turbidite reservoirs.