Les découvertes d’hydrocarbures dans les séries carbonatées très enfouies présel du Crétacé inférieur des marges brésiliennes ont relancé l’exploration dans la marge conjuguée ouest-africaine. Ces carbonates continentaux contiennent des faciès atypiques (ex. : boundstone à shrubs, grainstone à sphérulites), diversement interprétés comme hydrothermaux et/ou lacustres. Comprendre leur diagenèse et leur distribution est un enjeu crucial pour l’exploration. En tant que contribution à cet objectif, ce travail établit des liens entre la géochimie des carbonates continentaux et leur substratum. L’association de différents critères géochimiques permet de tracer l’origine lithologique des éléments chimiques incorporés dans les travertins et tufs aragonitiques et calcitiques (CATT). Le δ18O et le δ13C sont discriminants pour des CATT issus de roches ultramafiques. Les teneurs en Ba, Sr, Cr et Be permettent d’identifier les contributions volcaniques à granitiques. Des modèles numériques démontrent l’influence de la T°C et pCO2 sur l’altération d’un exemple de substrat enfoui. Cette altération produit des fluides aux pH alcalins à neutres, riches en Fe, HCO3+CO3 et en alcalins. Les concentrations en Ca, Mg, et Si, varient en fonction de la température. De tels apports peuvent favoriser des cimentations carbonatées à siliceuses. L’étude de l’habitus de tels ciments précoces de microquartz fibreux suggère une précipitation à partir (1) de fluides alcalins très évaporés, sous probable influence mantellique ou (2) de fluide neutres à acides, non à peu évaporés, sous possible influence felsique. L’ensemble des résultats démontre l’hétérogénéité spatiotemporelle des fluides diagénétiques. / The discoveries offshore Brazil of deeply buried oil-prone Early Cretaceous carbonate reservoirs revitalized the exploration of their coeval counterparts offshore West Africa. These continental carbonates exhibit atypical facies (e.g. shrubby boundstone, spherulitic grainstone), which are interpreted as lacustrine and/or hydrothermal. A predictive understanding of the distribution and diagenesis of these deposits is required for exploration. As part of this long-term project, the present thesis shows the link between the geochemical signature of continental carbonates and their substratum. The use of several geochemical tracers allows the characterization of the source of elements of calcitic and aragonitic travertine and tufa (CATT). δ18O and δ13C values are particularly discriminant when CATT originate from ultramafic rocks, whereas Ba, Sr, Cr and Be concentrations can be used to identify a contribution from volcanic rocks and granites. Numerical models show the influence of T°C and pCO2 on the alteration of an example of buried substrate. This alteration produces mid-alkaline to near-neutral pH, with high Fe, HCO3+CO3, and alkali concentrations. Ca, Mg, and Si concentrations are temperature dependant. Such input can lead to carbonate and silica cementations. The study of the habitus of such early silica cements, characterized as fibrous microquartz suggest a precipitation from (1) alkaline, highly evaporated fluids, under a mantellic influence and (2) neutral to acid, moderately to non-evaporated fluids, under the influence of felsic rocks. These conclusions highlight the heterogeneity in space and time of the diagenetic fluids influencing the presalt carbonates.

Les contaminants organiques et métalliques rejetés par les activités humaines actuelles et passées sont omniprésents dans l’environnement et notamment dans les sédiments de cours d’eau, où ces composés ont tendance à s’accumuler. Les sédiments contaminés, qui représentent une menace potentielle pour les organismes aquatiques, peuvent également contrarier les efforts menés avec la mise en place de la Directive Cadre sur l’Eau de l’Union Européenne en vue de la préservation de la qualité des eaux. Ce travail de recherche s’est principalement déroulé dans le cadre du programme européen INTERREG III - STARDUST et s’est focalisé sur la zone du District Hydrographique International de l’Escaut, qui couvre une partie de la Belgique, des Pays-Bas et du nord de la France. Les niveaux et les sources de la contamination par les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et les n-alcanes ont été déterminés dans les sédiments de l’Espierre, de l’Escaut, de la Lys, de la Canche et de l’Yser. L’origine pyrolytique de la contamination par les HAP semble prédominer tandis que les n-alcanes proviennent de sources biogéniques et pétrogéniques diverses. L’application de certaines valeurs guides sédimentaires a montré que les sédiments de l’Espierre sont associés à un risque accru pour les organismes aquatiques. La spéciation de certains éléments traces métalliques, qui a une influence majeure sur leur biodisponibilité, a été évaluée dans les eaux interstitielles par modélisation des équilibres thermodynamiques. Les résultats indiquent notamment une association importante du cuivre et du plomb avec la matière organique. / Organic and metallic contaminants released by past and present human activities are widespread in the environment and in particular in river sediments, where these compounds tend to accumulate. Contaminated sediments, that represent a potential threat toward aquatic organisms, can also go against the efforts made with the implementation of the water framework directive of the European Union in order to preserve water quality. This research has been mainly carried out in the framework of the INTERREG III - STARDUST research program and focused on the area of the International Hydrographic District of the Scheldt, that encloses parts of Belgium, Netherlands and north of France. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and n-alkanes contamination levels and sources have been determined in sediments from the following rivers and canals: Espierre, Scheldt, Lys, Canche and Yser. The pyrolytic origin of the PAH contamination is predominant while n-alkanes originate from various biogenic and petrogenic sources. Sediment quality guidelines have demonstrated that sediments from the Espierre canal are associated to a higher threat for aquatic organisms. Trace metal speciation, that greatly influences the biodisponibility of these contaminants, has been estimated using thermodynamic equilibrium calculations. Results notably indicate a strong association of copper and zinc with organic matter

L’acquisition de connaissances sur le devenir des éléments traces sensibles aux variations redox dans les sols et les sédiments est une composante clé pour améliorer la gestion du stockage des déchets radioactifs par l’Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs), ainsi que celle des sédiments pollués dans la région Nord-Pas de Calais (NPdC). Pour contribuer à répondre à cette problématique, des sédiments fluviaux ont été choisis comme proxy, notamment en raison de l’existence de gradients redox importants. Des méthodes de spéciation ont été développées : (i) techniques chromatographiques couplées à un ICP-MS (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry) pour séparer et quantifier les espèces arséniées [As(III), As(V), DMMAV and MMAAV] et chromées [Cr(III) and Cr(VI)] ; et (ii) déploiement combiné de sondes DGT (Diffusive Gradient in Thin film) contenant des gels chélatants spécifiques à certaines espèces arséniées [As(III) et As total]. Ces méthodes ont ensuite été appliquées au cours d’un suivi saisonnier sur la Marque, rivière péri-urbanisée, où les sédiments sont faiblement contaminés en As et en Cr. Les résultats obtenus montrent que le chrome est uniquement présent sous forme réduite Cr(III), rendant difficile l’évaluation des paramètres forçant les inter-conversions redox entre Cr(III) et Cr(VI). L’arsenic est présent uniquement sous formes inorganiques dans les eaux interstitielles : As(III), As(V) et espèces thioarséniées (non caractérisées). L’évolution saisonnière de la spéciation en phase dissoute de l’arsenic dépend essentiellement de la production en S(-II) dissous par les bactéries sulfato-réductrices. Ces avancées montrent l’attention particulière à porter sur le niveau de production en S(-II) dissous dans les environnements de sub-surface puisque la réduction de d’As(V) en As(III) accroit la mobilité et la toxicité de l’arsenic. / The French national radioactive waste management agency (Andra) and the Nord-Pas de Calais (NPDC) Region aim to better understand the fate of the redox sensitive trace elements in soils and river sediments to ameliorate the management of polluted sediments and of the storage of radioactive wastes. To address this problematic, some river sediments were selected as proxies, as strong redox gradients can be observed. Two methods have been developed to study the speciation of As and Cr: (i) HPIC-ICP-MS (High Performance Ionic Performance – Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry) coupling in order to separate and quantify As [As(III), As(V), DMMAV and MMAAV] and Cr species [Cr(III) and Cr(VI)], and (ii) DGT probes (Diffusive Gradient in Thin Film) containing specific chelating binding gels to quantify As species [As(III) and total As]. These methods have been implemented to monitor the low contaminated porewaters of the Marque river during 9months. The results demonstrated that chromium is present only under its reduced form Cr(III), which makes difficult to assess the parameters that force redox inter-conversions between Cr(III) and Cr(VI). Arsenic is present only under its inorganic forms: As(III), As(V), and thio-arsenical species. Seasonal changes of As speciation in the dissolved phase depends mainly of S(-II) production by sulfate-reducing bacteria, which makes the amount of dissolved S(-II) an important parameter to follow through time since the As reduction increases its mobility and toxicity.

An integrated field, petrography and sedimentological analysis is coupled with major/traceelements and stable isotope (δ13C, δ18O) compositions in order to decipher the paleoenvironments and the diagenetic conditions in the Neoproterozoic SCIc Formation (> 635-575 Ma) in the Niari/Nyanga and Comba areas (Republic of the Congo). The study recognizes seven major carbonate microfacies and paleoenvironements on the basis of mineralogy, bathymetry, energy, salinity and diagenetic process. It allowed to establish a sedimentological model recording a ramp setting with identified proximal and distal sedimentation. The transition between the shallow- and deeper-water environments is highlighted by the development of an extensive oolitic shoal, about 100 km long, a few km wide and up to 75 m-thick. The evolution of the sedimentation through the 22 studied sections allow to propose a sequence stratigraphy analysis with metre- to pluridecametre- thick depositional sequences from the fifth- to third-orders and highlights the effects of diagenesis on the primary signature of these carbonates. Two categories of fifth-order or elementary parasequences (or cycles) are recognized: (i) subtidal cycles, bounded by marine flooding surfaces across which facies deepen; and (ii) peritidal cycles bounded by subaerial exposure surfaces. These cycles are the result of the interplay of relative sea-level changes due to eustatic variations related to periodic extensional tectonic events affecting the whole basin and leading to uplifted phase in the context of a general block faulting system. The cycles, and the parasequence sets (fourth-order) they are included into a Highstand Systems Tract (HST) of a third-order sequence related to the deposition of the SCI Subgroup. The HST developed above the maximum flooding surface linked to both the deglaciation of the Marinoan Snowball Earth event and extensional tectonic events affecting the whole basin. Giant stromatolitic bioherms (stacked on up to 20 m) are topped by ooid shoals (up to 75 meters thick) with intraclasts and reworked grapestones. These shoals initiated the general regressive prograding phase of the HST that ended with evaporitic and karstic conditions at the top of the SCIc Formation. The equivalent stratigraphic unit of the Bas-Congo Basin (DRC) is compared and a sequence stratigraphy correlation between RC and RDC is attempted, despite no paleontologic data are available, and highlighted the role of the2tectonics affecting both basins. The negative δ18O (-10.3 ‰ to -5.1 ‰) and δ13C (-8.8 ‰ to - 1.1 ‰) values (n=288) in the SCIc Formation record a diagenesis in the meteoric and/or burial realms. Different diagenetic phases have been identified from syn-depositional/early diagenesis to shallow burial. In coarse-grained levels, an isopachous calcite rim cement (initially aragonite as suggested by very high Sr levels in these carbonates) occurs around the components while a blocky calcite cement fills the remaining intergranular pores. Hypersaline conditions are attested by euhedral sulfate minerals now calcitized and silicified. The exposure of these carbonates to meteoric waters was not strong enough or too long to favor large dissolutions, allowing preservation of high Sr values (up to 10000 ppm) in the micritic and in the oolitic facies. These high values suggest that the initial mineralogy was dominantly aragonite. A comparison with the Lower Congo (Democratic Republic of the Congo) and Nyanga (Gabon) subbasins in the West Congolian System shows that the meteoric circulation in the lower part of the Schisto-Calcaire Group was regional and not local, and could be due to climatic changlllles during late Neoproterozoic times. Finally, as revealed by their purity in calcium carbonate the oolitic facies is a prime target for the cement industry. The best facies can be recognized very easily in the field thanks to a very intense stylolitization (very tight stylolites, with amplitudes up to 10 cm). At the regional scale, the Niari / Nyanga and Comba basins in the Republic of Congo present the best sedimentary model that is, it is the most complete showing on the field all facies from the microbial 'MISS' facies with giant stromatolites to lagoons and emersion facies with microbial mats, isolated behind a large oolitic shoal which is sometimes interdigitated vertically and horizontally with the giant stromatolites. It is this very complete and detailed succession which made it possible to highlight a phase of tectonic uplift and also made it possible to differentiate the sequences developing directly on the Archean basement from those which overcome the SCIb siltstones. Facies equivalent to Gabon and the Democratic Republic of Congo do not allow to observe all the geometries of these sedimentary bodies. In any case, correlations are possible between these three regions, thanks to the sequential analysis and despite the fact that the δ18O and δ13C have no stratigraphic value, the primary signal having been quite early alter by the meteoric diagenesis. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les bassins atlasiques exposent des dépôts mésozoïques et constituent le meilleur exemple de régime tectonique extensif/compressif sur la côte ouest africaine. Même si de nombreux travaux portent sur leur évolution tectonique et sédimentaire, les études portant spécifiquement sur les processus diagénétiques à l’œuvre au sein de ces bassins restent peu nombreuses. L’objectif de cette thèse est l’analyse détaillée des processus diagénétiques et de la variation de la composition des fluides en circulation pendant les différents stades de l’évolution des bassins atlasiques de rift inversés. Il s’agit d’une étude sédimentologique, diagénétique et géochimique de trois localités choisies au sein des bassins atlasiques (Moyen et Haut Atlas) afin de représenter trois secteurs géodynamiques bien distincts, à savoir le dépôt centre (localité Aït Moussa), une zone de faille majeure (localité Tunnel de la Légion) et la plate-forme carbonatée (localité Aït Athmane). L’établissement de la chronologie relative des différentes générations de fractures sur la base des entrecoupements permet d’identifier les générations de fractures associées à chacun des stades diagénétiques (éodiagénèse, mésodiagénèse et télodiagénèse). L’analyse pétrographique et géochimique des ciments en remplissage de ces fractures permet de discuter leur origine et d’établir un modèle paragénétique pour chacune des localités étudiées, depuis l’ouverture des bassins de rift jusqu'à la formation des chaînes atlasiques marocaines. Dans la localité d’Aït Athmane, le stade de l’éodiagenèse est le plus complexe, tandis que pour les localités d’Aït Moussa et de Tunnel de la Légion, c’est le stade de la mésodiagénèse qui est considéré comme le plus important en termes de nombre de générations de fractures ouvertes et de type de fluides associés. Le contexte structural a aussi une influence importante sur les stades diagénétiques et sur l’histoire thermique des dépôts sédimentaires. Dans la localité d’Aït Moussa, le modèle de l’évolution de la maturité thermique réalisé en utilisant les valeurs de la réflectance de la vitrinite a révélé que la profondeur maximale est de 3.7 km et qu’elle a été atteinte à la fin du Crétacé/début Paléogène avec une température diagénétique maximale d’environ 120ºC. Dans la localité du Tunnel de la Légion, les valeurs de Tmax (470ºC et 500ºC) obtenues indiquent que les dépôts sédimentaires ont atteint des températures diagénétiques dépassant la fenêtre à huile. Les bassins atlasiques renferment un système pétrolier de type rift et plate-forme et combinent un fort potentiel de roches mères – réservoirs. Le système pétrolier du domaine atlasique est assez bien documenté mais certains aspects tels que le stade de la génération et la migration des hydrocarbures sont mal connus. Dans cette étude, les données pétrographiques et les analyses géochimiques associées ont permis de déterminer la chronologie relative de la phase de génération des hydrocarbures ainsi que les conduits utilisés pendant le stade de la migration. Dans la localité d’Aït Moussa, le stade de la génération des hydrocarbures est enregistré sous forme d’inclusions fluorescentes dans les cristaux de dolomie (dolomie-2 et -3). Ce stade débute au Jurassique supérieur – Crétacé inférieur (ca. 150 Ma) et les hydrocarbures restent sous pression jusqu’à l’ouverture des fractures associées au début de la télodiagénèse (Éocène supérieur). Dans la localité du Tunnel de la Légion, le stade de la génération des hydrocarbures est synchrone à l’ouverture des fractures conjuguées (Crétacé supérieur – Paléocène inférieur) et continu jusqu’au début de la phase de la compression tectonique (Éocène supérieur). Dans la localité d’Aït Athmane, le stade de la génération des hydrocarbures est synchrone à l'ouverture de la deuxième génération de fractures et se poursuit après le début de la phase de la compression tectonique. Les chromatogrammes (CG et CG-SM) obtenus des échantillons prélevés des localités étudiées montre une distribution similaire des n-alcanes avec un maximum à n-C17 et n-C19. Les analyses des biomarqueurs révélent que la matière organique présente dans les localités d’Aït Moussa et de Tunnel de la Légion est d’origine marine (kérogène type II et I), et les faibles différences sont liées à la maturation thermique et à la migration. Une stratégie d'exploration devrait prendre en considération le stade du début de la génération des hydrocarbures et les fractures associées par rapport à la formation des roches réservoirs. / The Atlas basins of Morocco expose the history of two closely related Jurassic intracontinental rift basins corresponding to the Middle and the High Atlas. These sedimentary basins represent one of the best examples of extensive/compressive tectonic regime on the west coast of Africa and although they have a quite similar sedimentary history they have undergone different thermal evolution. This work is to explore the effect of these differences in terms of diagenesis and fluid flow. Several tectonic and sedimentary studies on the Atlas basins exist though very few of them focuse on the characterization of diagenetic processes. This study is based on an integrated petrographic and geochemical approach to further our basic understanding on petrogenesis and diagenetic fluid compositions. It focuses on diagenetic processes and fluid compositions related to different diagenetic stages in three locations representing: 1) the depocentre (loc. Aït Moussa); 2) a major fault zone (loc. Tunnel de la Légion); and 3) the carbonate platform (loc. Aït Athmane). Diagenetic stages are divided into three stages (eodiagenesis, mesodiagenesis and telodiagenesis) using stratiform and tectonic stylolites as markers. Relative chronology of fracture generations and stylolites based on cross-cutting relationships enables to assign fracture generations to each diagenetic stages. Detailed paragenetic and geochemical analysis on fracture and pore-filling cements help to establish the paragenetic sequences and to illustrate the relationship between different diagenetic mineral phases in a time/space-resolved petrogenetogram. Geochemical analyses have been done in ordre to investigate the nature and the origin of diagenetic fluids circulating in the study areas from the rifting period until the formation of the Atlas Mountains. Various diagenetic processes including cementation, dissolution, compaction, recrystallization, replacement, dolomitisation, and dedolomitisation are observed at the different locations. At Aït Athmane, eodiagenetic stage is essentially controlled by sea level fluctuations while telodiagenetic stage was tectonically controlled by the circulation of ascending fluids through major faults enriched in lead and hydrocarbon. The thermal maturity model based on vitrinite reflectance (Ro 0.85 and 1.34 %) analysis on samples from Aït Moussa indicates a maximum burial depth around 3.7 km, reached during Upper Cretaceous to Early Paleogene, with a maximum diagenetic temperature of approximatly 120ºC. Tmax values calculated from argillaceous limestones at Tunnel de la Légion range from 470ºC to 500ºC indicating overmature sedimentary successions in the area. Both Atlas rift basins contain a rift-type and a platform-type petroleum system, a situation that also applies to the numerous Atlantic-type, margin-related rift basins that formed during Triassic – Jurassic rifting along western Africa. The petroleum system of the Atlas basins is fairly well documented, but certain aspects as hydrocarbon generation and migration stages are poorly understood. At the locality of Aït Moussa, hydrocarbon generation stage is recorded as fluorescent inclusions in dolomite crystals (dolomite-2 and -3) and starts in the Late Jurassic - Early Cretaceous (approx. 150 Ma). Hydrocarbon fluids remained normally pressured until the opening of late diagenetic fractures during Late Eocene tectonic compression. At the locality of Tunnel de la Légion, hydrocarbon generation stage begins with the opening of conjugate fractures during Late Cretaceous – Early Paleocene and continue until the begining of tectonic compression (Late Eocene). At the locality of Aït Athmane, hydrocarbon generation stage is synchronous to the opening of the second generation of fractures and continues after the begining of tectonic compression. The GC and GC-MS chromatograms of samples taken from the three location shows a very similar n-alkanes pattern with a maximum at n-C17 and n-C19. Biomarker analyses revealed that the origin of the organic matter in the localities of Aït Moussa and Tunnel de la Légion is marine (kerogene type II and I) and the small differences are related to thermal maturation and to migration. An exploration strategy should consider the begining of hydrocarbon migration stages and associated fractures relative to the rock reservoir formation.

L'apport de contraintes chronologiques absolues sur les différents évènements et processus qui ont modelé la Terre constitue un des défis majeurs dans de nombreux domaines des sciences de la terre et de l'environnement. C'est en particulier le cas pour les bassins sédimentaires qui jouent un rôle économique majeur en étant sources d'importantes ressources naturelles, en particulier en hydrocarbures. L'objectif de cette thèse est de développer la datation absolue des minéraux secondaires carbonatés par la méthode U-Pb. Ces minéraux, quasi ubiquistes dans les réservoirs, témoignent des processus diagénétiques, tectoniques et des circulations fluides qui ont affecté ces systèmes. Au cours de cette thèse, plusieurs développements méthodologiques ont été mis en œuvre avec pour objectifs de repousser les limites de la méthode U-Pb. Des techniques d’analyses innovantes, comme le couplage ablation laser/SF-ICP-MS ou la sonde ionique, ont été testées et ont permis d’accroître de plusieurs ordres de grandeur la résolution spatiale des analyses U-Pb. Ces méthodes, couplées à la méthode plus classique de dilution isotopique ont été appliquées avec succès dans différents contextes d’exploration pétrolière permettant notamment d’apporter des contraintes temporelles sur des éléments clés du système pétrolier, comme le timing de la création/préservation du réservoir ou encore de la migration des hydrocarbures. Les différents résultats obtenus ont permis de dresser une synthèse des contextes les plus favorables à l’application de la méthode U-Pb, et de donner ainsi une vision d’ensemble du potentiel de la datation U-Pb sur carbonates secondaires appliquée aux réservoirs pétroliers. / Absolute chronological constraints on the different events and processes that have shaped the Earth constitute a major challenge in numerous realms in Earth and Environmental sciences. In particular this is the case for sedimentary basins that play a major economic role as being source of important hydrocarbon resources. The objective of this thesis is to develop absolute uranium-lead dating methodology on secondary carbonate minerals. This ubiquitous mineral phase in petroleum reservoirs testifies their complex geodynamic and diagenetic histories. In this study, several developments were implemented in order to circumvent the limits of U-Pb methodology. Innovative analysis techniques such as laser ablation coupled with SF-ICP-MS or ion probe were tested to increase the spatial resolution of the U-Pb analysis by several orders of magnitude. These methodologies coupled to the more traditional isotope dilution was successfully applied in different oil exploration context allowing to bring absolute constraints on key diagenetic events such as creation/preservation of reservoir properties or hydrocarbon migration. The results obtained during this study allowed to draw a synthetic model of the most favorable contexts for U-Pb method and gives an overview of the U-Pb dating potential to secondary carbonates applied to petroleum reservoirs.

En domaine de plate-forme carbonatée épicontinentale peu profonde, la production sédimentaire est étroitement liée aux variations eustatiques, au climat et à la position paleogéographique. Les périodes d’émersion constituent des phases de non-dépôt durant lesquelles l’arrêt de l’enregistrement sédimentaire peut être relayé par un enregistrement diagénétique. Les transformations associées aux discontinuités (réarrangement des porosités, modifications lithologiques, circulations tardives…) peuvent avoir un rôle déterminant sur les propriétés pétrophysiques des réservoirs carbonatés. La détection des surfaces d’émersion et des produits diagénétiques associés apparaît donc essentielle pour préciser la qualité des réservoirs, par (1) la compréhension des processus sédimento-diagénétiques aux limites de séquence, (2) la comparaison de données d’affleurement et de subsurface, et la caractérisation des géométries des réservoirs associés, (3) l’analyse de l’impact de la diagenèse associée à ces surfaces (amélioration ou détérioration des propriétés réservoir).La Formation Natih d’Oman (Albien sup. – Turonien inf.) se situe au sommet d’une épaisse série de plates-formes carbonatées peu profondes et de grande extension géographique (marge de la Néotéthys). La Formation Natih est subdivisée en quatre séquences majeures (3ème ordre) constituées d’unités transgressives tabulaires à faiblement inclinées (rampe à faciès boueux) et de prismes régressifs progradants plus inclinés (barrière bioclastique bien différenicée protégeant un domaine de lagon interne) (van Buchem et al. 2002). Ces séquences se terminent par une ou plusieurs surfaces d’émersion, pouvant être associées à des incisions (Grélaud et al. 2006). La présente étude porte sur l’analyse diagénétique de ces surfaces d’émersion par l’intégration de données de terrain (Foothills d’Adam, Jebel Akhdar) et de subsurface (carottes de forage et données de puits de champs pétroliers voisins).L’analyse diagénétique détaillée des affleurements et des données de subsurface repose sur l’étude de la chronologie relative et de la répartition spatiale des phases diagénétiques associées aux surfaces d’émersion. Elle démontre la mise en place d’une diagenèse précoce dans des conditions relativement arides qui se traduisent par l’absence de karstification et de phénomènes pédogénétiques bien développés sur la plate-forme émergée. Sous les surfaces, des circulations de fluides météoriques oxydants, alimentés par des recharges latérales, entrainent une dissolution précoce des minéralogies instables et la précipitation de ciments météoriques en domaine phréatique. Cette étude diagénétique est complétée par l’analyse des phases mésogétiques et télogénétiques qui permettent de contraindre la séquence diagénétique de la Formation Natih avec les grandes étapes de déformations tectoniques et d’enfouissement.A partir de ces résultats, les produits diagénétiques et leur impact sur l’évolution des réservoirs peuvent être caractérisés et interprétés pour chaque surface. Ils résultent d'interactions complexes entre des facteurs intrinsèques et extrinsèques comme la dynamique de l'aquifère météorique, le contexte paléogéographique et géodynamique au moment des émersions, la maturité du substrat... Ces paramètres sont effectifs au moment du dépôt et des émersions. Toutefois la préservation des produits éogénétiques peut-être fortement influencée par l'évolution au cours de l'enfouissement qui se caractérise par des phénomènes de compaction, cimentation ou dissolution. / On epeiric carbonate platforms, sediment production and stratigraphic architecture are mainly controlled by sea-level variations, climate and palaeogeographic position. During periods of subaerial exposure, carbonate production/deposition stops and the sedimentary record can then be replaced by the diagenetic record. The diagenetic transformations associated to discontinuity surfaces (rearrangement of porosity distribution, lithological alteration, late fluid circulation …) may have a significant impact on carbonate reservoir properties. The characterization of subaerial exposure surfaces and associated diagenesis is therefore essential to understand and predict reservoir quality. It requires: (1) the study of the sedimentological and diagenetic processes at the sequence boundaries, (2) the integration and comparison of outcrop and subsurface data, including respective reservoir architecture, (3) the analysis of the diagenetic overprint related to these surfaces (enhancement or deterioration of reservoir properties).The Natih Formation (Late Albian – Early Turonian) is the last of a thick succession of Cretaceous epeiric carbonate platforms. It is subdivided into four third-order sequences. In each sequence, the transgressive phase is formed by flat to slightly sloping units (muddy ramp facies) whereas the regressive phase corresponds to a higher angle prograding carbonate ramp with a well developed bioclastic margin protecting an inner lagoon (van Buchem et al. 2002). These sequences are capped by one or several subaerial exposure surfaces, sometimes associated with incisions (Grélaud et al. 2006). The present study focuses on the diagenetic analysis of these emersion surfaces by the integration of outcrop (Adam Foothills, Jabal Akhdar) and subsurface data (neighbouring oil fields from the interior Oman).The detailed study of the lateral distribution and chronology of the diagenetic phases associated with emersion surfaces form the basis for the sedimentological and diagenetic model. The results highlight the development of a meteoric diagenetic system which was probably subject to relatively arid conditions, explaining the absence of karstification and pedogenetic features on the exposed platform. Below the emersion surfaces, the circulation of oxidizing meteoric fluids, laterally sourced, leads to the early dissolution of unstable minerals and the precipitation of meteoric cements in the phreatic domain.This diagenetic study is completed by the analysis of the mesogenetic and telogenetic phases, which allow to constrain the diagenetic sequence in relation with the main phases of deformation and burial of the Natih Formation.These results show the particularities of each subaerial exposure event in terms of diagenetic products and their impact on reservoir properties. They result from complex interrelations between external and intrinsic factors, such as the dynamics of meteoric aquifers, the geodynamic and paleogeographic context during exposure, chemical reactivity ... These are effective during deposition and subaerial exposure. However, the preservation of exposure-related diagenetic features may subsequently be influenced by burial evolution trough competition between compaction, cementation and dissolution.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / La calcification du tissu de Spheciospongia vesparium (Lamarck, 1815) est associée à la croissance de cristaux d'aragonite authigène dans un tissage de fibrilles de collagène créé par la dégradation générale du tissu dans les premiers centimètres à l'intérieur du sédiment. Cette calcification se développe préférentiellement aux endroits où la matrice intercellulaire est la plus dense, c'est-à-dire au niveau de l'ectosome, de l'endosome et autour des composantes à l'intérieur du tissu (spicules, particules sédimentaires, etc.). Une comparaison de l'éponge calcifiante avec d'autres spécimens de demosponges modernes (Ircinia, ? Aplysina, P. simplex) a montré que la calcification n'est pas attribuée au type de collagène de l'éponge, mais serait plutôt le résultat de la combinaison de deux facteurs principaux, soit 1) la présence d'un substrat organique nano-poreux dans 2) un milieu réduit en oxygène. Ces conditions permettraient au processus de calcification d'imprégner le tissu avant que celui-ci ne soit complètement oxydé, comme en témoignent les exemples d'éponges siliceuses calcifiées du Pléistocène de Floride, du Jurassique du Maroc et du Silurien du Québec.

Nous avons étudié l’application de plusieurs mesures d’isotopes stables afin de caractériser les processus du cycle de l’azote et les sources d’azote dans les lacs tempérés à diverses échelles spatiales et temporelles. Les résultats d’une étude à travers 65 lacs sur un gradient trophique ont démontré que le ratio d’isotopes stables d’azote (δ15N) des sédiments de surface est un indicateur de l’importance relative des sources d’azote anthropique, mais que ce ratio peut être altéré par la diagenèse. La mesure du δ15N des sédiments demeure néanmoins un outil permettant de déterminer à long terme le changement des charges en azote anthropique aux écosystèmes lacustres et les causes de l’eutrophisation de ces systèmes. Nos résultats d’une étude sur la variation saisonnière de plusieurs isotopes stables dans trois lacs peu profonds situés sur un gradient trophique et ayant différents régimes de stratification ont démontré que cette approche est prometteuse dans les lacs mésotrophes et stratifiés. Dans ces systèmes, le δ15N de la matière organique particulaire (MOP) aurait le potentiel de déterminer les sources d’azote assimilées par le phytoplancton. Cependant les mesures d’isotopes stables du carbone (δ13C) et du ratio C:N indiquent que les apports de matières organiques du bassin versant peuvent altérer les relations observées. Nous avons également constaté une déviation de la relation 1:1 entre les isotopes stables d’azote et d’oxygène (δ18O) du nitrate (NO3-) indiquant son assimilation et sa nitrification simultanée. Cette application est particulièrement prometteuse puisque la nitrification est méconnue dans les lacs et peut exacerber les effets de l’eutrophisation. / We studied the application of multiple stable isotopes measures with the overall objective of improving our understanding of nitrogen cycling and sources in temperate lakes over different spatial and temporal scales. Results from our study across 65 lakes on a trophic gradient demonstrated that surface sediment nitrogen stable isotope ratio (δ15N) is an indicator of the relative importance of anthropogenic N loads, but that diagenesis can alter this ratio. Nevertheless, sediment core δ15N is a powerful proxy for the determination of longterm changing anthropogenic N loads to lake ecosystems and the causes of lake eutrophication. Results from our second study on multiple stable isotopes seasonal variation in three shallow lakes along a trophic gradient and with different stratification regimes have demonstrated that such an approach is particularly promising in mesotrophic and stratified lakes. In these systems, our results showed that the suspended particulate organic matter (SPOM) δ15N could be used to assess the nitrogen sources assimilated by phytoplankton. However, measurement of carbon stable isotopes (δ13C) and C:N ratios from the SPOM showed that the observed relationships can be altered by watershed derived organic matter. We have also found a deviation from the 1:1 relationship between nitrogen and oxygen stable isotopes (δ18O) of nitrate (NO3-) indicating a simultaneous NO3- assimilation and nitrification in our stratified system. The application of dual nitrate isotopes is promising in the study of nitrification since this process is not well understood in lakes and can increase the severity of eutrophication symptoms.

Caractériser les réseaux de fractures dans les réservoirs de subsurface est un challenge majeur. En effet, les fractures contrôlant en grande partie la perméabilité dans les réservoirs, il est nécessaire aujourd’hui d’en prédire l’organisation. Or, la prédiction des fractures en subsurface est difficilement contraignable du fait (1) de données limitées en termes de résolution (sismique), ou de continuité spatiale (imagerie de puits, carottes), et (2) d’un manque de compréhension des facteurs contrôlant la fracturation. Les analogues de terrain sont une bonne alternative aux données de subsurface, permettant d’accéder à la complexité du réseau de fractures, et aux hétérogénéités des carbonates en 3D. Pour chaque affleurement sélectionné, une étude pluridisciplinaire est réalisée, combinant géologie structurale, sédimentologie, diagenèse et pétrophysique. Ainsi, les conditions, le « timing » et les facteurs contrôlant la fracturation peuvent être précisés à travers l’histoire de l’encaissant carbonaté. La fracturation diffuse dans les carbonates est régie par (1) le faciès de dépôt qui contrôle les hétérogénéités mécaniques et la susceptibilité de la roche à la diagenèse, (2) la diagenèse que contrôle l’acquisition précoce du caractère cassant et l’inhibition de la fracturation tardive, et (3) l’enfouissement, responsable des variations de contraintes verticales et de l’apparition des fractures et stylolites. / Characterizing fracture networks in Naturally Fractured Reservoirs (NFR) is a major challenge for hydrocarbon exploration and production. Because fractures control most of the permeability through the reservoir, there is a necessity to predict their organization. However, at present-day, fracture prediction in the subsurface is poorly constrained because: (1) of limited data from seismic, well imaging and cores, and (2) of lack of understanding of controls on fracture occurrence. Outcrop analogues are good alternative to subsurface data for a full 3D fracture characterization. It enables to access the spatial complexity of fracture patterns, and to the 3D heterogeneities of carbonates. In each selected outcrop, a multidisciplinary approach has been undertaken, There, the conditions, timing and controlling factors on fracturing can be precised through the geodynamic history of the host carbonate. Diffuse fracturing in carbonates is governed by (1) the depositional facies which controls mechanical heterogeneities and rock diagenetic susceptibility, (2) the diagenesis which controls the early rock embrittlement and the late fracture inhibition, and (3) the burial, responsible for vertical stress variation and fracture–stylolite occurrence.