Les phénomènes qui régissent l'évolution d'un bassin sédimentaire et modifient sa géométrie laissent une empreinte dans l'organisation des dépôts. Aux phénomènes qui accroissent à long terme le volume du bassin (étirement initial, rééquilibrage thermique de la lithosphère, compensation isostasique du poids des sédiments qui se déposent) se superposent des fluctuations plus rapides de l'espace disponible. L'évolution d'un bassin peut donc être décryptée en étudiant les corps sédimentaires, et plus particulièrement: 1) la géométrie des discontinuités qui les limitent (failles et discordances), 2) les faciès qui les constituent, 3) leur âge, 4) les variations de leurs propriétés physiques (radioactivité, porosité ... ). L'utilisation des méthodes de décompaction, des diagrammes de mouvements différentiels, de substitution des structures plissées/faillées (coupes équilibrées) permet de quantifier les mouvements qui affectent le substratum du bassin. L'application de ces méthodes au Broad Fourteens Basin (Sud de la Mer du Nord), à partir d'une base de données constituée par 3000 km de sismique réflexion et une cinquantaine de puits (consultée grâce à Elf-Petroland) a mis en évidence une histoire polyphasée complexe, affectant une couverture décollée de son socle. Cette histoire est composée principalement : 1) d'une extension jurassique, puis 2) d'une extension crétacé inférieur avec une subsidence dans le bassin d'environ 1000 m et une importante surrection initiale des marges, 3) d'une compression avec une composante décrochante sénestre au Crétacé supérieur le long des failles de bordure orientées N160° ; elle a induit une érosion du centre du bassin de plus de 3000 m, et un raccourcissement horizontai de l'ordre de 10 %, 4) d'une extension néogène plus limitée. Une analyse détaillée a permis de mettre en évidence seize unités sédimentaires retraçant les mouvements tectoniques et les fluctuations relatives du niveau de la mer au Crétacé dans le bassin. Des corrélations temporelles entre le Broad Fourteens Basin, d'autres bassins intraplaques et la cinématique des plaques aux pourtours de l'Europe de l'Ouest semblent envisageables. La réorganisation des plaques mondiales paraît être à l'origine de variations horizontales des contraintes intraplaques, qui induisent à la fois des réactivations d'accidents préexistants de la croûte fragile et des mouvements verticaux (flambage) de la lithosphère.

Les séries sédimentaires, prélevées dans les écosystèmes aquatiques terrestres, constituent des enregistrements ou des archives de l'état d'un système à un instant donné du passé et de son évolution en relation avec la variabilité environnementale naturelle et anthropique. Dans le cadre de cette thèse, l'enregistrement sédimentaire d'un étang piscicole, a été étudié suivant une approche pluridisciplinaire. En particulier, la caractérisation à l'échelle moléculaire et macromoléculaire de la matière organique des sédiments de l'étang de Lansquenet a permis de reconstruire l'histoire de son bassin versant. Basé sur l'utilisation de biomarqueurs et de rapports moléculaires (rapport terrigène/aquatique : TAR(HC), C29/C27(ST), aquatic/macrophyte proxy : Paq, pérylène, syringyle/vanillyle, cinnamyle/vanillyle, acide/aldéhyde des unités syringyles et vanillyle), ce travail a permis d'appréhender, à l'échelle d'un bassin versant, les variations pluriséculaires des sources de la matière organique (terrestre et/ou aquatique, naturelle et/ou anthropique), mais aussi des conditions de dépôt et de préservation, induits par les changements d'usage des sols et les impacts anthropiques. La confrontation de ces résultats avec les données sédimentologiques, minéralogiques et palynologiques a permis de valider la pertinence et la sensibilité de ces biomarqueurs par rapport aux variations environnementales et paléoenvironnementales. Cette étude met ainsi en évidence la succession des usages de ce site depuis un milieu marécageux jusqu'à la création et l'exploitation de l'étang piscicole jalonnée d'épisodes d'assec / The sedimentary series, collected in terrestrial and aquatic ecosystems, constitute records or archives of the state of a system at a given moment of the past and relate its evolution in relation to natural disturbances and anthropogenic pressure. In the following manuscript, the sedimentary record of a fish pond has been studied using a multidisciplinary approach. In particular, the characterization at the molecular and macromolecular scale of the organic matter in sediments of the pond Lansquenet allowed to reconstruct the history of its watershed. On the basis of biomarkers and molecular ratios (terrestrial to aquatic ratio: TAR(HC), C29/C27(ST), aquatic/macrophyte proxy: Paq, perylene, syringyl/vanillyl, cinnamyl/vanillyl, acid/aldehyde of syringyl and vanillyl units), this work has enabled us to understand, at the scale of a watershed, the changes in organic matter origins (terrestrial and/or aquatic, natural and/or anthropogenic) over a period of several centuries. Moreover, the results unraveled the depositional conditions as well as preservation conditions in the sedimentary profile, directly influenced by land use and human activities. The confrontation of organic geochemical data with sedimentological, mineralogical and palynological data was a real benefit and validated the use of a series of organic compounds as relevant and sensitive biomarkers regarding environmental and paleoenvironmental modifications. This study highlighted thus the succession of use of the Lansquenet site from a swampy area to the settlement of a fish pond punctuated by drier periods

Les systèmes méandriformes constituent la plupart des rivières terrestres ou sous-marines qui modèlent les paysages par leur évolution temporelle et spatiale. Les témoins de leur évolution peuplent les plaines traversées par celles-ci. Parmi eux, des barres d’accrétion latérale témoignant de la migration des boucles du chenal peuvent être identifiées, tout comme des méandres abandonnés par simplification naturelle de la trajectoire du chenal ou encore des chenaux entiers abandonnés lors d’un changement de direction principale du chenal par avulsion. La diversité et le volume des dépôts résultant font des systèmes chenalisés, une fois enfouis, de bons candidats pour le stockage de ressources naturelles. L’étude de la disposition des différents faciès est donc cruciale pour leur exploitation. Les techniques d’imagerie satellitaire ou LIDAR permettent l’étude des systèmes actuels. L’architecture en subsurface peut être imagée globalement par image sismique ou GPR, ou localement par des puits d’investigation. Ces techniques permettent d’avoir une bonne évaluation du dernier état du système chenalisé. Les états précédents, quant à eux, peuvent être observés par morceaux lorsqu’ils ont été épargnés par l’érosion. En effet, le remaniement de la ceinture de méandres par migration latérale des chenaux rend souvent difficile l’analyse des états antérieurs que ce soit en termes de géométrie ou de chronologie des dépôts. Cette thèse propose une méthode de simulation des systèmes chenalisés qui respecte au mieux les différentes informations disponibles. Parmi celles-ci, souvent, l’image sismique permet d’identifier le dernier état du système et des boucles de méandres abandonnés en contrastant avec la ceinture de méandres par des dépôts souvent plus argileux et datant de la période succédant l’abandon. Des barres d’accrétion latérale peuvent aussi être observées, témoignant des directions de migration des méandres. Parfois, des données de puits sont aussi accessibles et informent sur la nature des faciès rencontrés (e.g., sableux, argileux). La méthode présentée dans ce manuscrit part du dernier état du système observé sur l’image sismique. Une simulation en temps inversé de la migration du chenal, inspirée par l’analyse des cartes chronologiques du Mississippi, est appliquée et permet, pas de temps par pas de temps, de retrouver de potentiels états antérieurs. Selon une simulation de la chronologie estimée par des critères spatiaux et statistiques (e.g., distance et orientation au chenal courant, probabilité d’abandon), les méandres abandonnés sont intégrés à l’étape de temps voulue dans le chenal principal. Les boucles de méandres disparues par érosion sont compensées par la simulation d’autres méandres dans la ceinture de méandres. Cette simulation respecte les critères géométriques observés sur les méandres épargnés par l’érosion mais également d’autres critères statistiques tels que la probabilité d’érosion observée sur des analogues sédimentaires tels que le Mississippi. Cette approche ouvre la possibilité d’honorer les faciès observés sur les puits par la simulation de méandres abandonnés en ces points. Elle a été appliquée sur divers jeux de données bidimensionnels satellite ou sismique / Meandering systems constitute the majority of aerial and sub-marine rivers which shape the landscapes by their temporal and spatial evolution. The witnesses of this evolution can be observed on the plains crossed by these channels. Among them, lateral point bar resulting from the channel migration but also abandoned meanders created by the natural stream rectifying and abandoned channels originating from the main direction change by avulsion. Once buried, the channelized systems are good candidates for natural resources storage thanks to the diversity and the volume of the resulting deposits. The understanding of the internal architecture of facies is thus crucial for resource exploitation. Satellite and LIDAR images permit current system studies. Subsurface architecture can be imaged by seismic images, GPR or LIDAR. These techniques give a good evaluation of the system last channel path. However, anterior stages, when spared by the erosion can be observed locally. Indeed, the reworking of the channel belt by lateral and downstream migration makes it difficult to observe the geometric or chronologic features of anterior deposits. This thesis proposes a simulation method of channelized systems conditioning to available information. Among them, the seismic image often permits to identify the last system stage and the abandoned meanders thanks to their muddy filling after the abandonment time contrasting with the channel belt. Lateral point bars can also be observed, witnessing of meander paleo-migration direction. Sometimes, well data inform on the facies (e.g., muddy, sandy). The method presented here starts from the last channel path observed on the seismic image and go back in time by reverse migration to reconstruct anterior channel paths. This stochastic migration model is inspired by the analysis of historic Mississippi maps. According to a chronology simulation based on spatial and statistical criteria (e.g., distance and orientation to the current channel, abandonment probability distribution), abandoned meanders are integrated at the relevant time step inside the main channel path. Erosion of abandoned meanders is addressed by abandoned meander simulation inside the meander belt. This stochastic simulation conditions to geometrical criteria observed on the abandoned meanders spared by the erosion but also to statistical criteria observed on sedimentary analogs such as the Mississippi river (e.g., erosion probability distribution). One of the main perspectives is to condition to well data through the simulation of abandoned meanders. This technique has been applied on two satellite and seismic 2D case studies

L'objectif de ce travail est l'étude des processus et des changements environnementaux récents (durant les derniers 30000 ans) à travers leurs enregistrement sédimentaire dans la zone Nord-Ouest de la Mer Noire (carottes sédimentaires prélevées à des profondeurs allant de 55 à 2100 m sous la tranche d'eau). Nous avons privilégié des méthodes permettant d'obtenir des informations sur le milieu de dépôt et la chronologie des évènements telles que : analyses des argiles, sédimentologie, magnétisme environnemental, caractéristiques isotopiques de la matière organique totale, 14C AMS. Afin d'obtenir une chronologie la plus fiable possible des évènements nous avons effectué des datations par le 14C de la matière organique et des coquilles fossiles du sédiment. La comparaison des datations obtenues sur les coquilles et la matière organique provenant d'un même niveau sédimentaire nous a montré que l'application des corrections sur les données 14C reste difficile ; cette difficulté provient du fait que le bassin a contenu tantôt de l'eau douce oxygénée, tantôt de l'eau stratifiée. C'est en associant les résultats de l'étude des taux des carbonates le long des carottes aux données 14C que nous avons établi l'échelle chronologique proposée. L'étude des minéraux argileux des sédiments nous a permis de conclure que pour le nord-ouest du bassin, l'origine des sédiments à smectite doit être recherchée au nord, et non au sud du bassin versant de la Mer Noire, comme il est admis dans la littérature. Les données de magnétisme environnemental nous ont permis de mettre en évidence des variations significatives dans les conditions d'oxygénation (aérobie/anaérobie) au sommet du sédiment ou dans la colonne d'eau. Ces données magnétiques, ainsi que celles de matière organique montrent aussi des modifications des conditions de salinité dans le bassin. En conclusion nous proposons une reconstitution des conditions d'environnement au cours des derniers 30000 ans.