Dans les réservoirs silicoclastiques, la perte de porosité avec l'enfouissement est due à la fois à la compaction mécanique lors des 2-3 premiers kilomètres d'enfouissement, à la compaction chimique, et à la précipitation minérale (quartz, argiles, carbonates). Dès lors, la compréhension des processus responsables de l'inhibition de la compaction et/ou de la cimentation représente un triple enjeu: i) contribuer à la connaissance des mécanismes d'interactions eau-hydrocarbures-solides en milieu diagénétique profond; ii) apporter de nouveaux arguments pour reconstituer les chemins de migration des fluides à l'échelle du bassin iii) développer des guides de prospection pour l'industrie pétrolière. Les techniques analytiques telles que la pétrographie quantitative, les inclusions fluides ainsi que les modélisations diagénétiques et de bassin ont été couplées afin de comprendre les processus régissant le contrôle de la qualité du réservoir du Brent (Jurassique Moyen) à travers 8 champs pétroliers (et 11 puits) dans le bloc Q3 (Viking Graben, Northern North Sea). L'étude pétrographique quantitative du réservoir du Tarbert a permis de définir des compositions minéralogiques et des paramètres pétrophysiques (porosité) relativement similaires sur les 183 échantillons étudiés. Une paragenèse diagénétique commune à tous les champs étudiés a été établie, dominée par les ciments de quartz, de deux générations de kaolinite (K1, associée à la déstabilisation des micas et K2, associée à la dissolution des feldspaths potassiques), et de précipitation d'illite. L'approche comparative des ciments d'enfouissement n'a pas permis de rendre compte des larges gammes de porosité et perméabilité mesurées allant de 8 à 27 % et de 0,2 à 5000 mD. Contrairement au modèle diagénétique souvent évoqué, l'inhibition des ciments de quartz ne joue pas un rôle majeur dans la préservation de la porosité des réservoirs du bloc Q3. Les estimations P-V-T-X-t du piégeage des inclusions fluides couplées au modèle de bassin ont permis de reconstituer trois chemins de migration des fluides aqueux et hydrocarbonés associés à la mise en place de surpressions fluides au sein des réservoirs du Tarbert. 1) La partie Nord de la kitchen du Viking Graben alimente les champs de Hild, Jura et Islay en huiles légères très précocement (65-42 Ma) et en gaz à condensat à partir de 35-15 Ma. Ces deux migrations sont associées à une montée en surpression fluide du réservoir de 100 à 200 bar. 2) la partie Est de la kitchen de l'East Shetland alimente les champs d'Alwyn, Dunbar, et Grant en huiles lourdes à légères à partir de 42-35 Ma, associée à une faible surpression fluide (30-40 bar). 3) la partie Sud de la kitchen de l'East Shetland (longue distance de migration) alimente quant à elle les champs de Forvie Central et North très tardivement en gaz à condensat (> 15 Ma). Le timing relatif entre la mise en place de la surpression fluide et l'avancement de la compaction mécanique/chimique s'est révélé être le paramètre de premier ordre régissant la préservation de la porosité des réservoirs observée dans le bloc Q3. La présence d'inclusions hydrocarbonées atypiques HT-BP (haute température-basse pression) datées du Jurassique supérieur dans les champs proches du Viking Graben, pourrait être à l'origine d'une génération d?hydrocarbures très précoce sous un régime de pression hydrostatique. Bien que n'ayant aucun impact sur l'inhibition de la contrainte effective, cette migration fluide pourrait être attribuée aux anomalies thermiques du Nord-Ouest de l'Europe liée à l'ouverture de l'Atlantique Nord. Le couplage des outils de pétrographie quantitative, inclusions fluides et modélisation de bassin a donc permis de soulever l'importance d'intégrer une vision régionale à l'étude ponctuelle de la diagenèse dans le but de comprendre le rôle des migrations fluides sur la préservation de la qualité des réservoirs silicoclastiques / In siliciclastic reservoirs, porosity loss is mainly due to the mechanical compaction in the first 2-3 km of burial, the chemical compaction and mineral precipitation (quartz, clays, carbonates). Therefore, understanding the processes responsible of the inhibition of compaction and/or cementation permits to: i) contribute to the knowledge of the water-hydrocarbon-solid interaction mechanisms in deep diagenetic environment, ii) give new arguments for the reconstruction of fluid pathways at the basin scale iii) assist the oil industry for the intensive exploration. Analytical techniques such as quantitative petrography, fluid inclusion and basin/diagenesis modelling were coupled across 8 oil fields (and 11 wells) located in the Q3 block (Viking Graben, Northern North Sea) in order to understand the processes driving the variation of the Brent reservoir quality (Middle Jurassic). Quantitative petrographic study of Tarbert reservoir allowed to define similar depositional settings (mineralogy, porosity) among the 183 studied samples. The common diagenetic paragenesis is dominated by quartz cement, two generations of kaolinite (K1, associated with the destabilization of micas and K2, associated with the dissolution of feldspars), and precipitation of illite. The petrographic data do not explain the wide range of measured porosity and permeability on plugs from 8 to 27% and from 0.2 to 5000 mD respectively. In contrast with the conventional diagenetic model, the present study shows that inhibition of quartz cements did not play a major role in the preservation of porosity in the Q3 block. P-V-T-X-t estimates of fluid inclusion trapping coupled with basin modelling allowed reconstruction of three fluid migration pathways, associated with fluid overpressures in the Tarbert reservoir. 1) The northern part of the Viking Graben kitchen supplies Hild, Jura and Islay fields with an early migration of light oils (65-42 m.y.) and condensate from 35-15 m.y. Both migrations are associated with a great fluid overpressure from 100 to 200 bar. 2) The eastern part of the East Shetland kitchen supplies Alwyn, Dunbar, Grant fields, with heavy to light oils from 42-35 m.y., associated with a low fluid overpressure (30-40 bar). 3) The southern part of the East Shetland kitchen (long distance migration) supplies Forvie North and Central fields with a very late gas condensate migration (> 15 Ma). The relative timing of the fluid overpressure build-up with the degree of mechanical and chemical compaction appears to be the first order parameter governing the preservation of reservoir porosity across the Q3 block. The presence of unusual HT-LP (high temperature-low pressure) hydrocarbon inclusions in the fields near the graben could indicate an early heavy oil generation under hydrostatic pressure conditions. Although having no impact on the inhibition of effective stress, this high-temperature fluid migration could be attributed to thermal anomalies in the Northwest of Europe related to the North Atlantic opening. The combination of quantitative petrography, fluid inclusion and basin modelling allowed to point out the impact of regional fluid migrations on the well scale diagenesis and on the siliciclastic reservoir quality preservation

Les processus biogéochimiques benthiques liés à la dégradation de la matière organique sont étudiés depuis 30 ans. Beaucoup de travaux ont mesuré soit un grand nombre de paramètres sur quelques carottes, soit un nombre restreint de paramètres sur de nombreuses carottes. Dans le Golfe de Gascogne, 29 paramètres diagénétiques sont étudiés à de multiples stations depuis 1997 et dans le Bassin d’Arcachon depuis 2005. Ainsi la banque de données biogéochimiques benthiques constituée est actuellement la plus importante à notre connaissance. Les similarités et divergences entre l’environnement côtier de la lagune mésotidale d’Arcachon et la marge continentale du Golfe de Gascogne ont pu être discutées. Une étude de l’hétérogénéité spatiale à l’échelle de l’échantillonnage a permis de préciser la méthodologie d’échantillonnage dans le Bassin d’Arcachon et de discuter de la représentativité saisonnière des données de la banque de données du Golfe de Gascogne. Les carottes de la banque de données ne peuvent pas être réellement interprétées en terme de variabilité saisonnière, alors qu’une saisonnalité des apports a bien été mise en évidence par l’étude des particules en suspension dans la colonne d’eau. L’oxygène dissous est très sensible à la variabilité de ces apports et l’étude de sa distribution à l’aide de la banque de données du Golfe de Gascogne, ainsi que des teneurs en carbone organique particulaire (COP) montre que les flux de matière organique labile représentent la plus grande partie du carbone exporté au fond et que, pour une zone géographique peu étendue comme le Golfe de Gascogne, l’efficacité d’enfouissement du COP varie de 50% à 10%. La banque de données a également permis l’étude de la géochimie benthique du manganèse, ce qui a donné l’occasion de proposer une méthode de calcul du taux d’accumulation sédimentaire basée sur la géochimie de cet élément à l’état stationnaire. Enfin, des carottes longues réalisées dans les deux environnements ont permis de caractériser les processus diagénétiques anoxiques profonds dans un environnement à l’état stationnaire (le Golfe de Gascogne) et un autre à l’état transitoire (le Bassin d’Arcachon). / Benthic biogeochemical processes due to organic matter degradation have been studied for 30 years. Many works have investigated either multiple parameters on a few cores, or a couple of parameters on numerous cores. In the Bay of Biscay, 29 diagenetic parameters have been investigated at numerous stations since 1997, and in Arcachon Bay since 2005. Thereby, our benthic biogeochemical database is currently the most important to our knowledge. Similarities and differences between the coastal mesotidal lagoon of the Arcachon Bay and the continental margin of the Bay of Biscay have been discussed. Study of sampling-scale spatial heterogeneity has clarified the sampling methodology in the Arcachon Bay and allowed to consider the question of data seasonal signal in the Bay of Biscay database. The cores of the database cannot really be interpreted in terms of seasonal variability, while a seasonal signal has been demonstrated by the study of suspended particles in the water column. Dissolved oxygen is very sensitive to the variability of these inputs. Oxygen distributions and particulate organic carbon (POC) contents from Bay of Biscay database shows that labile organic matter flux represents most of the carbon exported to the bottom. The burial efficiency of POC varies from 50% to 10% for a narrow geographical area like the Bay of Biscay. The database has also allowed the study of benthic geochemistry of manganese, which has provided a method for the determination of mass accumulation rate based on the steady state. Finally, piston cores have been used to characterize the deep anoxic diagenetic processes in a steady state (Bay of Biscay) and a transition state (Arcachon Bay) environment.

Les cherts, roches siliceuses, sont souvent considérés comme des marqueurs des conditions environnementales de la Terre primitive. Ces roches sont constituées de quartz sous différentes formes dont le quartz microcristallin ou microquartz est la forme majoritaire. Le but de cette thèse est d'étudier à l'échelle micrométrique les compositions isotopiques de l'oxygène et du silicium des différentes formes de silice dans des cherts d'âges variés, allant de 3,5 à 1,9 Ga afin de mieux comprendre l'origine et le mode de formation de ces roches et d'essayer d'améliorer les reconstructions des températures océaniques du Précambrien. Les mesures isotopiques, réalisées à la sonde ionique ims 1270, ont une précision meilleure que 0,2 ‰ pour le [delta]18O et de l'ordre de 0,3 ‰ pour le [delta]30Si. Ces analyses isotopiques ont été combinées avec l'analyse des éléments traces (B, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Fe) avec la sonde ionique 3f, avec une étude pétrographique détaillée du microquartz et avec l'analyse des inclusions fluides des veines de quartz. Le résultat principal est la mise en évidence de grandes gammes de variation du [delta]18O (entre 1 ‰ et 14?‰) et du [delta]30Si (entre 2 ‰ et 5 ‰) à l'échelle micrométrique dans le microquartz. La gamme de variation du [delta]18O a pu être interprétée dans les échantillons datés de 1,9 Ga comme témoignant de l'histoire diagenètique de ces roches. Cette gamme permet, en corrigeant de l'effet de la diagenèse, de reconstruire des températures océaniques à 1,9 Ga entre 37 et 52°C, ce qui laisse suggérer un océan assez chaud au Précambrien si ces échantillons sont représentatifs de conditions globales. Dans le cas des échantillons datés à 3,5 Ga, les variations de [delta]30Si et de concentrations en éléments traces apportent des informations sur les origines variées des cherts. Enfin, l'effet des circulations fluides sur les compositions isotopiques du microquartz a été caractérisé par l'analyse isotopique du [delta]18O et du [delta]30Si et par l'étude des inclusions fluides. Il est démontré que dans certains cas le [delta]18O du microquartz peut être entièrement rééquilibré avec les fluides hydrothermaux ou métamorphiques. L'approche développée dans cette thèse devra dans le futur être appliquée systématiquement à l'étude des cherts aux fins de reconstructions paléo-environnemantales / Cherts, which are siliceous rocks, are considered as possible proxies of paleo-environmental conditions of the Early Earth. These rocks contain various forms of quartz, microquartz being the predominant one. The study of oxygen and silicon isotopic composition in the various forms of silica in cherts of different ages, from 3,5 Ga to 1,9 Ga, allowed to better understand the origin and the formation of these rocks and allowed to try to reconstruct paleo-temperatures for Precambrian seawater. Isotopic measurements were obtained with the ims 1270 multicollector ion microprobe with a precision better than 0,2 ‰ for [delta]18O and of ˜ 0,3 ‰ for [delta]30Si. These analyses were combined with the measurement of traces elements concentrations (B, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Fe) with the ims 3f ion microprobe, with a petrographical study of microquartz and with the study of fluid inclusions in quartz veins. The major result is the existence at a micrometer scale of a large range of variations for [delta]18O (between 1 ‰ to 14?‰) and [delta]30Si (between 2‰ to 5‰). In the Gunflint cherts, the range of [delta]18O variation has been interpreted as due to diagenesis and has been used to reconstruct oceanic paleo-temperatures. The calculated temperatures range from +37°C to +52°C, suggesting an hot ocean during the Precambrian era if Gunflint cherts are representative of global environmental conditions. The [delta]30Si variations associated with that of trace elements concentrations allow to constrain the various origins of these cherts. The effect of fluid circulations on the isotopic compositions has been characterized by [delta]18O and [delta]30Si analyses and by fluid inclusions study. It is shown that in some cases the [delta]18O value of microquartz can be totally re-equilibrated with the hydrothermal or metamorphic fluids. The approach developed in this thesis will be decisive in future studies of Archean cherts for paleotemperature reconstructions

Cette étude transdisciplinaire incluant sédimentologie, stratigraphie séquentielle, chimiostratigraphie, et géochimie organique et inorganique, examine la série carbonatée du Jurassique moyen-supérieur dans la chaîne du sud-ouest Gissar. Cette série représente l’affleurement le plus complet de la marge nord du Bassin d’Amu-Darya, une province gazière majeure d’Asie Centrale. La production de carbonates commence au début du Callovien, lors d’un ralentissement de la subsidence tectonique régionale associé à un réchauffement climatique. Un changement majeur dans la production carbonatée et la configuration de la plate-forme est enregistré à la fin du Callovien. Ce changement se caractérise par le passage (i) d’une rampe carbonatée avec un gradient proximal-distal bien contrasté du Callovien à (ii) un lagon à faciès péritidaux probablement protégé par des récifs de grande dimension à l’Oxfordien. La surface stratigraphique séparant ces deux séquences est interprétée comme une surface d'émersion régionale, enregistrant une chute du niveau marin entraînée par la tectonique et le climat. Durant la partie terminale de l’Oxfordien moyen, un ou plusieurs bassins intrashelfs sont localisés au sud-ouest de la plate-forme carbonatée. Des carbonates fins nodulaires ou laminés se déposent dans des eaux stratifiées, légèrement hypersalées et anoxiques à dysoxiques, où des tapis microbiens produisent de la matière organique et des carbonates. Ces faciès enregistrent l’initiation de la restriction du Bassin d’Amu Darya, qui se poursuit avec la progradation d’une sabkha et le dépôt de séries anhydritiques et salifères. La comparaison des séries sédimentaires met en évidence des évènements stratigraphiques communs entre le sud-ouest Gissar et les autres bassins des marges nord téthysienne et sud téthysienne : initiation de la plate-forme carbonatée, excursions isotopiques du carbone, âge et mode de formation des roches mères organiques (etc.), impliquant des contrôles climatiques et/ou tectoniques à grande échelle. L’étude pétrographique et géochimique de la diagenèse des carbonates révèle une paragenèse complexe. Certains faciès sont influencés par la fabrique sédimentaire lors de la diagenèse précoce. La succession des phases diagénétiques est reliée à la stratigraphie et à la subsidence des carbonates. Après leur dépôt, les sédiments de la série du Kugitang ont été enfouis à plus de 2 km de profondeur. Des phases liées à des fluides chauds et possiblement à la réduction thermochimique des sulfates se mettent en place durant la Mésogenèse. Finalement, les données stratigraphiques à haute résolution obtenues sur les affleurements du sud-ouest Gissar sont utilisées pour aider à la prédiction de la répartition des réservoirs d’hydrocarbures en subsurface du Bassin d’Amu-Darya. / This transdisciplinary study including sedimentology, sequence stratigraphy, chemostratigraphy, and organic and inorganic geochemistry examines the Middle-Upper Jurassic carbonates series located in the southwestern Gissar range. These carbonates, also known as the Kugitang series, represent the most complete outcrop of the northern margin of the Amu-Darya Basin, a gas-producing province of Central Asia. Carbonate production begins in the late Early Callovian during a regional slowing of the tectonic subsidence, coeval with a climate warming. A major change in the carbonate production and platform configuration is recorded at the end of the Callovian: (i) a carbonate ramp with a well-contrasted proximal-distal gradient develops during the Lower to Middle or Upper Callovian. It is overlain by (ii) a vast low energy lagoon dominated by peritidal facies, probably protected by large reefs, during the Lower and Middle Oxfordian. The stratigraphic surface separating the two depositional sequences is associated with a hiatus (Upper Callovian-Lower Oxfordian) and interpreted as a regional exposure surface recording a sea-level drop caused by tectonics and/or climate. During the Middle Oxfordian, one or several intrashelf basins develop southwestwards of the studied carbonate platform. Laminated and nodular carbonates rich in organic matter predominate in these basins. They are interpreted to have formed through the mineralization of microbial mats colonizing the stratified, slightly hypersaline, anoxic to dysoxic basin floor. Large scale reefs may have favored the isolation of these basins. These deposits record the initiation of the tectonic isolation of the Amu Darya Basin, which culminates with the progradation of a large-scale sabkha and the deposition of a thick anhydrite and salt series. The comparison of stratigraphic series highlights common events in several basins of the northern Tethyan margin, but also with the Arabian Plate: initiation of the carbonate platform, carbon isotope excursions, age and depositional conditions of organic-matter rich rocks, etc. The petrography and geochemistry of carbonates reveal a complex diagenetic history. Some facies are strongly controlled by the sedimentary fabric. The diagenetic succession is tentatively linked with the stratigraphy and the subsidence history. Following deposition, the Kugitang series was buried at more than 2 km. Some cements are interpreted to have formed through the circulation of hot fluids in the rocks during the mesogenesis and possibly due to thermochemical sulfate reduction, especially in the Callovian Sequence. Finally, the high-resolution stratigraphy established in this study is used to help improving the prediction of carbonate reservoirs in the subsurface Amu Darya Basin.

Ce travail de thèse est divisé en deux parties. La première porte sur l'acquisition d'un nouvel enregistrement paléosismologique en Mer de Marmara. Différentes méthodes ont été utilisées afin d'identifier et de caractériser les perturbations sédimentaires associées aux tremblements de terre dans les carottes étudiées. Nous avons cherché à acquérir une compréhension spatio-temporelle des distributions des séismes en mer pour aboutir à une meilleure compréhension du comportement de la Faille Nord Anatolienne sur le long terme. Nous avons par ailleurs cherché à corréler les données de sismicité historique avec de nouvelles données paléosismologiques. Les événements sédimentaires associés aux séismes ont été caractérisés en combinant l'imagerie aux rayons X, des mesures de susceptibilité magnétique, de granulométrie et de composition géochimique. Les données des compositions élémentaires nous ont permis de tracer au travers des différents bassins les changements environnementaux et anthropiques ayant lieu dans la région. L’obtention d’une chronologie robuste dans les carottes a également été recherchée en combinant des datations carbone 14 et des données de 210Pb et 137Cs afin de relier les sismoturbidites à la sismicité historique. Les variations d'aimantation au travers des carottes ont été mesurées dans le but initial de contraindre par une méthode indépendante l'âge des sédiments échantillonnés. Les variations des propriétés magnétiques ont mis en évidence une chute d'aimantation importante que nous avons reliée à des dépôts sapropéliques.La deuxième partie porte sur l’étude géomorphologique du décalage de la rivière Kizilirmak le long du segment central de la Faille Nord Anatolienne. À cet endroit, trois terrasses préservées le long de deux bassins en pull-apart incisés par la rivière Kizilirmak ont été cartographiées. Les résultats principaux de cette étude ont été de contraindre par la méthode des isotopes cosmogéniques 10Be, 26Al et 36Cl l'âge de ces terrasses. Les datations montrent que la terrasse la plus basse est âgée de 6 ka, que la deuxième terrasses est âgée de 50 ka et que la troisième a un âge de 80 ka. Cette dernière montre une contribution importante d'âges jeunes liée à l'érosion du bassin versant situé au-dessus d'elle. Les résultats montrent une origine climatique des terrasses et ont permis d'estimer une vitesse d'incision de la rivière de l'ordre de 3 mm/an depuis le début de l'Holocène. / This PhD work is divided in two parts. The first part focuses on obtaining a new paleoseismological record of earthquakes in the Marmara Sea (West of Turkey) using different analysis to pinpoint and characterize earthquake-related sedimentary disturbance in the studied cores. We seek to provide a spatio-temporal understanding of earthquakes in the Marmara Sea allowing greater insight into long-term fault behaviour and seismic interaction by integrating historical and new paleosismological data (recurrence rate in the Sea of Marmara). We characterized earthquake-related sedimentary events by combining X-ray imagery, magnetic susceptibility, granulometry and XRF (chemical analyses) measurements. Geochemistry data also allowed us to trace between basin anthropogenic and environmental changes occurring in the Marmara Sea. We also aim at establishing a reliable and robust chronology of the cores combining radiocarbon dating (bulk sedimentation, foraminifers, shelves), 210Pb and 137Cs data to connect seismoturbidites to historical seismicity. Magnetic variations were also recorded in the cores to obtain a time constrain for the cores. The down-core changes in magnetic properties suggest taking into account possible delays in the acquisition of magnetization and have been correlated to lower sapropelic layers in the Marmara Sea.The second part deals with geomorphology and tectonic in the central part of the North Anatolian Fault situated in Turkey. There, three terraces preserved in two pull-apart and incised by the longest river in Turkey (the Kizilirmak River) are mapped. The main results of this work are several constraints on the ages of the terraces using 10Be, 26Al and 36Cl cosmogenic dating methods. The obtained in situ cosmogenic 36Cl exposure ages calculated are 6 ka for the lowest terrace, 50ka for the middle terrace, and 80ka for the highest terrace in the areas preserved from erosion. The highest terrace shows a contribution of younger ages due to erosion of the nearby limestone catchment. The obtained results imply a climatic origin of the terraces, and a mean incision rate of about 3 mm/yr since the early Holocene along the Kizilirmak River.

Dans l’étude de la diagenèse des formations silico-clastiques ou carbonatées, il est souvent difficile de contraindre la température et l’âge des différents épisodes de cimentation ou de recristallisation. Le premier objectif de ce travail de thèse était de tester le potentiel de deux outils isotopiques récents (le géothermomètre des « clumpedisotopes » Δ47 et le géochronomètre U-Pb par analyse ponctuelle sur lame mince) dans le cadre de l’étude de la diagenèse des carbonates. Le deuxième objectif était de préciser l’histoire diagénétique, thermique, ethydrogéologique des réservoirs carbonatés du bassin de Paris. Pour atteindre ces deux objectifs, nous avons étudié des ciments de calcite et dolomite collectés dans les calcaires du Jurassique Moyen du dépocentre du bassin de Paris. La bonne caractérisation pétrographique et sédimentologique de ces échantillons, et le couplage entre les géothermomètres Δ47 et inclusions fluides, nous ont permis d’accéder à plusieurs informations de premier ordre. Premièrement, nous montrons que le Δ47 permet de reconstruire simultanément et précisément la température de formation des ciments diagénétiques dans la gamme 60-100°C (avec une précision de ~3-5°C) et la composition isotopique en oxygène des fluides (δ18Owater) à partir desquels ces ciments ont précipités (avec une précision de ~ 1‰). Deuxièmement, nous présentons une amélioration des connaissances de l’histoire thermique et des périodes de paléo-circulation des fluides à l’échelle régionale dans le bassin de Paris. Notamment, le croisement du géothermomètre Δ47 avec la méthode de datation U-Pb nous a permis pour la première fois de poser des contraintes thermo-chronologiques absolues sur l’ensemble des phases de circulations de fluides étudiées. Plus largement, ce couplage Δ47 /(U-Pb) inédit dévoile un champ d’application nouveau en thermo-chronologie de basse température (10-100°C). Nous anticipons que ce travail initie de nombreuses applications pour l’étude des histoires thermiques des bassins sédimentaires, via l’analyse de la diagenèse des carbonates / Diagenesis studies of both siliciclastic and carbonate rock units face the difficulty of constraining the temperature and age of the successive episodes of mineral crystallization. The first objective of this PhD work was to test the potential of two recent isotopic tools (the "clumped isotopes" Æ47 geothermometer and the laser ablation U-Pb geochronometer ) to integrate conventional carbonate diagenesis studies. The second objective was to reconstruct the diagenetic, thermal, and hydrogeological histories of the Middle Jurassic carbonate reservoirs of the Paris Basin. To achieve these goals, we studied calcite and dolomite cements mostly collected in the basin subsurface (exploration cores). The good petrographical and sedimentological characterization of the studied samples, together with the analysis of fluid inclusions and ?47 thermometry for determining the temperature and the chemical and isotopic compositions of the mineralizing fluids, allowed us to reach several first-order information. First, we show that Æ47 allows to simultaneously and precisely reconstruct the formation temperature of diagenetic cements in the range 60-100 ¡C (with an accuracy of ~ 3-5 ¡C) and the oxygen isotopic composition of the parent fluids (d18Owater) with a precision of ~ 1 ä. Secondly, this work improves our knowledge on the thermal history and past fluid-flows occurring at the basin scale. In particular, the coupling of the Æ47 thermometer with the U-Pb chronometer permitted for the first time to set absolute thermo-chronological constraints on every fluid-flow episodes investigated. More broadly, this unprecedented Æ47/(U-Pb) coupling reveals a new field of application in the low-temperature thermo-chronology field (10-100 ¡C). We anticipate that this pioneer thermo-chronological approach will induce many future applications in the study of sedimentary basins via carbonate diagenesis studies

La série argileuse du Callovo-Oxfordien recouvre une transition minéralogique entre un interstratifié illite/smectite désordonné (R0 - partie supérieure) et un autre ordonné (R1 - partie inférieure. Or, la minéralogie de ces argiles conditionne les propriétés de rétention de la formation ainsi que leur réactivité en réponse à une perturbation physico-chimique potentiellement induite par le stockage. Dans une optique de caractérisation fine des minéraux argileux du Callovo-Oxfordien, les méthodes conventionnelles et simplificatrices d'identification comme l'utilisation d'abaques issus de la littérature ont été invalidées. La méthode retenue consiste à comparer directement des diffractogrammes de rayons X calculés avec ceux enregistrés sur un même échantillon après différents traitements et à en reproduire toutes les caractéristiques (positions des pics, rapports d'intensité, profils) à l'aide d'un modèle structural unique. Les minéraux argileux du forage EST104 peuvent ainsi être décrits comme un mélange de trois phases principales : une illite, une smectite et un interstratifié illite/expansible désordonné (R0) de composition fixe (35% exp.). Avec la profondeur les caractéristiques structurales de ces phases sont constantes. La transition minéralogique précédemment décrite traduit la modification des proportions relatives des différentes phases. Cette description diffère de celle classiquement proposée pour l'illitisation diagénétique des séries sédimentaires. Cependant, l'utilisation des mêmes outils sur une série diagénétique de référence conduit à une description similaire. Ces résultats novateurs impliquent de reconsidérer les mécanismes réactionnels proposés pour ces minéraux ainsi que leur modélisation cinétique. Enfin, la réactivité des minéraux argileux du Callovo-Oxfordien en réponse à une perturbation alcaline est très limitée par la présence de matière organique qui recouvre les particules argileuses et protège ainsi les sites réactifs des minéraux argileux.

L'objectif de la thèse est de vérifier le long de la côte Est de l'Amérique du Sud le modèle qui lie la tectonique en extension accompagnant la formation d'une marge passive, avec la mise en place de certaines minéralisations filoniennes et l'occurrence de mécanismes diagénétiques dans les grands bassins sédimentaires limitrophes. Dans ce but, deux cent échantillons d'argiles ont été récoltés, préparés, et analysés par diffraction de rayons X pour les sélectionner en vue de leur datation, depuis la Patagonie jusqu'au Nord du Brésil, et dans le Bassin du Parana. Les âges K/Ar et Rb/Sr mesurés montrent: - un événement diagénétique daté de 200 Ma environ, et contemporain de la première fragmentation du Gondwana; - un événement diagénétique de haute température de même âge que les basaltes du Parana, vers 138 - 129 Ma; - des mécanismes diagénétiques de plus basse température altérant les basaltes, et des minéralisations à F et U, dans l'intervalle 120 - 50 Ma. Ces deux derniers processus entrent dans le cadre de l'extension, contemporaine de la formation de l'Atlantique Sud. Trois occurrences minéralisées relèvent de mécanismes différents et leur âge les dissocie de la tectonique en extension de l'Atlantique Sud. L'altération diagénétique de basaltes du Parana est considérée comme responsable de la dispersion des datations K/ Ar conventionnelles en roche totale. Tous ces résultats conduisent à la conclusion que les mécanismes liés à la tectonique en extension sont bien, là aussi, responsables à la fois de certains venues minéralisées et de l'altération diagénétique dans les grands bassins sédimentaires voisins.

Situé dans le domaine périalpin à moyenne paléolatitude, le Bassin Molassique Rhodano-Provençal enregistre durant le Miocène, une sédimentation bioclastique particulière. Ces séries miocènes sont caractérisées par un réseau de vallées incisées. Cette thèse se fonde sur l'analyse des séries affleurant dans les secteurs de Vénasque (Aquitanien-Langhien) et de Martigues (Aquitanien-Tortonien). L'objectif est d'étudier les corps bioclastiques (pétrographie, architecture sédimentaire, environnements de dépôt et diagenèse) afin de déterminer leur potentiel pétrolier. Après la formation de vallées fluviatiles en bas niveau marin, les sédiments déposés sont dominés par une dynamique tidale strictement sous aquatique. Ils peuvent être séparés en deux groupes : les intervalles bioclastiques et les intervalles marneux, respectivement transgressifs et de haut niveau marin. Les corps bioclastiques présentent le meilleur potentiel réservoir mais sont caractérisés par une forte hétérogénéité interne. Cette hétérogénéité résulte d'une combinaison de facteurs hydrodynamiques, écologiques et diagénétiques associés aux cycles tectono-eustatiques. L'établissement d'un schéma séquentiel précis en relation avec la diagénèse permet de caractériser le potentiel des réservoirs bioclastiques confinés dans des vallées sous-marines. Les dépôts du Miocène rhodanien constituent un analogue terrain exceptionnel pour la compréhension des réservoirs actuellement impliqués dans des systèmes pétroliers.

Le but de ma thèse est triple. Tout d'abord, ce travail est destiné au géologue et au géophysicien. Il s'ag,t d'amener le premier à prendre connaissance du comportement magnétique des roches et à découvrir 'intéret d'une science en forte progression en géodynamique interne; et d'offrir au second une extension des méthodes magnétiques à des zones structurales plus complexes. Le deuxième objectif consiste à établir des relations complémentaires à celles qui existent déjà entre la structure de la roche et ses paramètres magnétiques. Enfin, il est montré que la méthode et l'instrument déterminent pour beaucoup la qualité des résultats et les orientations futures de la recherche. Le premier chapitre concerne les problèmes relatifs au magnétisme des roches: les différents états magnétiques, leur comportement sous l'effet d'un champ magnétique, de la température et de la pression. Les phénoménes magnétiques étant supposés connus, dans le chapitre 2 le géologue pose le problème de la distribution des paramètres magnétiques dans la roche. Le chapitre 3 fait l'objet d'un exposé pratique d'une part sur les méthodes magnétiques qui ont été utilisées sur le terrain et en laboratoire, d'autre part sur les résultats acquis. En conclusion, l'auteur souligne les nouvelles perspectives offertes par une technologie avancée des capteurs magnétiques et par des méthodes appropriées d'analyse structurale. Le succès des études futures tient pour beaucoup au décloisonnement des diverses disciplines mises en cause.