Th.--Sc. nat.--Nancy I, 1985. / Bibliogr. p. 245-253. Résumés en français, anglais, allemand.

Les intrusions d'eau salée en zone côtière constituent une menace pour la population. Celles-ci sont particulièrement dommageables en contexte carbonaté. Nous avons étudié le récif corallien Miocène du sud-est de Majorque afin de comprendre la relation entre structure géologique et intrusion. Pour cela nous avons utilisé des méthodes multi-scalaires et multi-disciplinaires. Les mesures dans 25 forages sur l'ensemble de la plateforme corallienne ont permis de préciser la structure stratigraphique et certains éléments de la tectonique régionale. Le récif prograde dans la direction NE-SO, en partant de l'Aquitanien pour aboutir au Messinien. La Crise de Salinité Messinienne entraîne une disparition des coraux méditerranéens et se traduit par un Complexe Carbonaté Terminal qui s'étend sur une grande partie des coraux autrefois vivants de Majorque. A l'échelle du site expérimental, l'étude de la composition minérale, de la texture et de la diagenèse ont permis de caractériser l'hétérogénéité de la séquence carbonatée. Des couches de minéralisation accompagnées de dolomitisation et de faible porosité correspondent à différents niveaux eustatiques post-dépositionnels. Les causes de l'existence et de l'orientation des fractures sont étudiées. La relation de perméabilité à porosité est précisée. La structure de porosité est étudiée par comparaison entre la porosité primaire et la porosité secondaire. Cette étude contribue à la connaissance du site le mieux documenté au monde pour l'évolution des réservoirs carbonatés récifaux, avec applications pour les intrusions d'eau salée et l'extraction des hydrocarbures.

La méthode de l'analyse palynologique à haute résolution a été appliquée à cinq coupes du Pliocène inférieur du sud-est de l'Europe qui bénéficiaient d'un très bon cadre géologique et chronologique: Hinova, Valea Visenilor, Husnicioara, et Lupoaia dans le bassin Dacique (sud-ouest de la Roumanie), Site DSDP 380A (mer Noire) qui inclut également le Miocène terminal (Messinien).<br />L'étude de la flore pollinique illustre comment cette région est demeurée relativement protégée de l'hécatombe qui a affecté la diversité floristique d'Europe au cours du Pliocène supérieur et du Quaternaire en raison des cycles glaciaire-interglaciaire. Une influence certaine de la mousson asiatique y a permis le maintien jusqu'à nos jours de plusieurs espèces thermophiles.<br />L'organisation altitudinale de la végétation forestière a pu être reconstruite sur le versant méridional des Carpathes. Les marécages du delta du paléo-Danube évoquent les environnements actuels du delta du Mississippi et de Floride (« swamps » arborés, « marshes » herbacés). Les étages végétaux supérieurs s'étendaient vers des altitudes plus basses à chaque « refroidissement » selon des cycles de 100.000 ans contrôlés par l'excentricité, tout comme, à l'opposé, les arbres thermophiles (et les couches de lignite) se développaient lors de chaque réchauffement. Une compétition existait entre « swamps » et « marshes » au gré des intensifications de la mousson asiatique sur le sud-est de l'Europe selon les cycles de la précession (période de 20.000 ans). Ces intensifications de la mousson (minima de précession) avantagaient les « marshes » qui demandent davantage d'humidité que les « swamps ». La comparaison avec les dépôts de sapropèles méditerranéens, contrôlés par le même facteur astronomique, fait apparaître qu'il existait au Pliocène un gradient longitudinal sur la zone méditerranéenne. Le contraste est fort dans la végétation, comme aujourd'hui, entre les domaines Dacique et Pontique. Dans cette dernière région, la compétition commandée par les cycles thermiques de l'excentricité concerne d'une part les arbres thermophiles, d'autre part les formations steppiques à Artemisia. Leur développement précoce annonce leur extension à tout le domaine méditerranéen lors des premiers cycles glaciaire-interglaciaire (2,6 Ma).<br />Cette étude à haute résolution fournit aussi un enregistrement très détaillé du climat régional en relation avec l'évolution globale du climat pour la période comprise entre 6 et 3,8 Ma. La résolution atteint celle de la courbe isotopique de l'oxygène de référence. Ainsi, connaît-on mieux les effets des variations minimes de la température et de l'humidité sur la végétation au cours d'une période chaude. Il s'en suit une climatostratigraphie à l'échelle de l'Europe et une cyclostratigraphie des dépôts de Paratéthys centrale qui peuvent ainsi être précisément corrélés aux sédiments méditerranéens de référence.<br />Les effets de la dessiccation de la mer Méditerranée (crise de salinité messinienne, entre 5,7 et 5,32 Ma) sur la mer Noire sont nettement perceptibles que ce soit sur la végétation littorale ou sur la flore aquatique de dinoflagellés. On en déduit une nouvelle vision des relations entre mer Méditerranée et Paratéthys centrale avant et après cette crise.

La marge du golfe du Lion est issue d'une période de rifting Oligo-Aquitanienne suivie de l'ouverture océanique du bassin Provençal vers le Burdigalien. Deux périodes ont été particulièrement étudiées au cours de cette thèse :<br />· L'événement messinien qui constitue un jalon (entre 5,96 et 5.33 Ma) de l'histoire du bassin. Son étude est indispensable à l'interprétation des séries antérieures.<br />· Et la période de formation de la marge, des débuts de l'extension continentale (35-30 Ma) à l'océanisation (20 Ma environ)<br />Cette étude repose sur une synthèse de toutes les données (essentiellement industrielles) disponibles sur le plateau, la pente et le bassin profond du golfe du Lion. Cette importante base de données a été rassemblée dans le cadre du GDRMarges (atelier golfe du Lion).<br /><br />L'étude des géométries sédimentaires sur la marge et dans le bassin profond apporte des éléments nouveaux dans la compréhension de la crise messinienne :<br />· Le premier élément est l'identification, à la transition entre la plate-forme érodée par les fleuves messiniens et le bassin, d'une épaisse série détritique (jusqu'à 1000 m d'épaisseur). La base de cette série érode directement le rebord de la plate-forme miocène et correspond à la première trace de l'événement messinien dans le bassin. Cet épisode détritique correspond à la « crise d'érosion messinienne » qui intervient avec l'exondation de la plate-forme du golfe du Lion avant l'apparition des premières évaporites du bassin. Une chute de quelques centaines de mètres est suffisante à ce stade pour démanteler la plate-forme miocène.<br />· Le deuxième élément important est l'identification, entre l'épisode détritique initial et la halite messinienne bien connue dans le bassin, d'une épaisse série à évaporites inférieures (environ 1500 m). Cette période marque le début de la « crise de salinité messinienne ».<br />· Un troisième résultat concerne le ré ennoiement du bassin juste après le dépôt de la halite messinienne (celle-ci représente le plus bas niveau marin). Nous avons identifié une surface d'abrasion marine, témoin de la transgression de la ligne de rivage, entre les premiers indices de dépôt de la halite et la surface d'érosion fluviatile messinienne. La limite entre cette abrasion marine et la surface aérienne est située à une profondeur constante de 1.6 secondes temps double. Cette limite représente la ligne de rivage juste avant une accélération suffisante de la transgression pour fossiliser la surface d'érosion fluviatile messinienne (autours de 5.3 Ma).<br />Nous identifions au total près de 3500 m de sédiments déposés depuis la « crise d'érosion messinienne » jusqu'au ré ennoiement du bassin. La plate-forme enregistre quant à elle une perte sédimentaire (due à l'érosion) pouvant atteindre 1000 m. Ces transferts sédimentaires énormes ont des conséquences importantes sur l'évolution de la marge. Les premiers résultats issus d'un backstriping 1D et prenant en considération ces interprétations stratigraphiques suggèrent que le bassin était profond de l'ordre de 3500 m avant la crise messinienne. L'étude détaillée des réajustements isostatiques liés à l'événement messinien reste à faire et nous permettra de mieux comprendre comment réagit la croûte à des contraintes de charge.<br /><br />L'étude des structures de la croûte et de la sédimentation initiale de la marge du golfe du Lion (avec plusieurs surfaces d'érosions majeures identifiées et datées) nous permet d'avancer les résultats suivants :<br />· L'ensemble du substratum, mésozoïque et paléozoïque, parait largement érodé. Cette érosion affecte l'ensemble de la marge, pratiquement jusqu'à la zone « océanique ». Une position surélevée de cette zone jusqu'à la fin de l'épisode de rifting est mise en évidence. Cette position haute contraste avec la zone camarguaise où un important bassin synrift Oligocène est connu. <br />· A partir de l'Aquitanien (fin du rifting), la rupture se produit et semble limitée à une zone étroite d'environ 50Km. L'ensemble du golfe du Lion s'affaisse alors.<br />La question se pose de savoir si ce golfe du Lion qui a été soulevé et érodé sur toute sa largeur pendant le rifting, avant de subsider, résulte d'un héritage ou s'il doit sa configuration à l'ouverture du bassin Provençal.<br />A l'échelle du bassin, la marge homologue Sarde présente des caractéristiques équivalentes : toute la zone centrale, homologue du golfe du Lion, est largement affaissée, entre les zones restées hautes de l'Iglesiente et de la Nurra. Comme dans le golfe du Lion, les dépôts synrift parraissent peu développés. Il semble donc évident que c'est bien l'ouverture du bassin Provençal qui contrôle l'évolution verticale du golfe du Lion.<br /><br />Ces résultats nous permettent de proposer une histoire de la marge du golfe du Lion en trois temps. Tout d'abord un événement thermique profond maintient la plate-forme exondée pendant l'épisode initial de rifting. Dans un deuxième temps la rupture se fait (Aquitanien supérieur, vers 20 Ma) et le premier socle « océanique » atypique (zone de transition) se met en place. Le troisième temps correspond à la mise en place de la croûte océanique proprement dite au centre du bassin.

La mer Noire, dans le cadre de son évolution au sein de la Paratéthys, a connu au cours du Tertiaire de nombreux épisodes d'isolement. L'impact de ces phases de déconnexion, et en particulier de celle liée à la crise messinienne en Méditerranée, sur l'évolution eustatique de la mer Noire fait l'objet de ce travail de recherche. L'étude est basée sur l'analyse de données sismiques multitraces HR, corrélées à de nombreux forages. Nos investigations, menées sur les marges occidentales du bassin, se sont concentrées sur l'identification de surfaces d'érosion que nous avons tenté d'interpréter en terme de chutes du niveau marin, à mettre en lien avec ces phases d'isolement. Sur la marge roumano-ukrainienne, cette étude a permis de mettre en évidence six surfaces d'érosion au sein des séries tertiaires : les surfaces d'érosion à la base de l'Eocène (E), de l'Oligocène (O), du Miocène moyen (M) et du Pontien (P); et enfin les surfaces d'érosion L.IPU et IPU au sein du Pontien. Sur la marge bulgaro-turque, nos recherches ont permis la découverte et le calage chronostratigraphique précis, par le biais des forages DSDP, de la surface d'érosion messinienne en mer Noire. Les plus récentes corrélations entre les échelles stratigraphiques paratéthysiennes et méditerranéennes montrent que la surface IPU est l'équivalent, sur le plateau roumano-ukrainien, de la surface d'érosion messinienne découverte sur la marge turque. Parmi les cinq surfaces d'érosion anté-messiniennes décrites, nous démontrons que la surface M constitue la signature d'une chute drastique du niveau de la mer Noire répondant à l'épisode d'isolement de la fin du Burdigalien. Nous proposons que les autres surfaces d'érosion anté-messiniennes correspondent soit à des épisodes d'érosion sous-marine, soit à des événements transgressifs. Résultat majeur de cette étude, la découverte de la surface d'érosion messinienne en mer Noire permet de valider définitivement l'hypothèse, proposée par Hsü [Hsü and Giovanoli, 1979], de l'effondrement du niveau de la mer Noire à la fin du messinien.

Le principal objet de cette thèse est de montrer que le karst est un vecteur pertinent d'informations morpho géniques. Pour utiliser à bon escient ce vecteur, il est nécessaire d'avoir une bonne connaissance des paramètres intervenant dans la formation et la structuration des vides endokarstiques et sur les processus de sédimentation carbonatée (spéléothème et travertin). Ces paramètres sont abordés, dans le Livre l, au travers de l'approche systémique. Cette approche apparaîtt la plus appropriée pour, d'une part, aborder les notions de structure, de flux et d'évolution du système karstique et, d'autre part, pour définir des stratégies méthodologiques cohérentes. Sur la base de cette approche, deux domaines géographiques ont été traités: le Vercors (Livre II) et la Transversale de Ronda (Livre III). L'intérêt de travailler sur deux entités différentes est double: il permet de s'affranchir des spécificités locales qui ont, parfois, pour effet de parasiter les essais morphogéniques ; le second intérêt est de pouvoir déterminer les différentes réponses du karst aux événements d'ordre tectonique, eustatique et/ou climatique. L'étude du karst, comme vecteur d'informations, a permis de définir la part d'événements dans l'évolution morphologique de ces deux domaines, comme la crise messinienne, le soulèvement pliocène et les oscillations climatiques pléistocènes, dont les effets n'étaient pas toujours perceptibles à partir des seules données superficielles. De ce travail, il ressort que les paléodrains constituent l'une des entrées les plus pertinentes car ils permettent de saisir l'existence de structures de substitution induites par des événements paléogéographiques de "premier ordre".

Ce travail de recherche porte sur les conditions d'alimentation et de fonctionnement des sources karstiques saumâtres de Port Miou et du Bestouan, principaux exutoires de l'aquifère karstique littoral de Port Miou. La méthodologie adoptée consiste en une approche multicritères sur l'hydrologie, l'hydrogéologie, la spéléomorphométrie, la structure et l'héritage paléogéographique du système karstique dans son ensemble. Le suivi hydrométrique des sources sous-marines se déroule sur un an et demi au cours du contexte climatique actuel de sécheresse touchant l'ensemble de la Basse Provence. L'analyse des mécanismes de mélange entre l'eau douce et l'eau de mer dans l'aquifère karstique montre que la contamination des sources s'effectue de manière pérenne par des intrusions d'eau de mer à grande profondeur dans le réseau. L'étude des crues révèle que la mise en charge du réseau karstique ne diminue pas la quantité d'eau de mer participant au mélange, chaque crue étant caractérisée par un apport supplémentaire d'eau douce qui contribue à faire chuter la salinité et la température de l'eau de la source. La révision des bilans hydriques des principaux massifs calcaires jurassico-crétacés en région marseillaise dévoile la possibilité d'importants écoulements karstiques profonds au profit de l'aquifère de Port Miou. Il convient alors de proposer que ce système se structure selon une karstification à grande profondeur et sur une superficie importante, aujourd'hui en partie noyé sous la mer. La genèse et l'organisation de ce karst, vaste et profond, s'expliquent par le modèle messinien de karstification adopté récemment pour la mise en place de nombreux aquifères karstiques périméditerranéens.

Comment extraire de l'information et prévoir le comportement d'un système dont on ne connaît qu'un nombre limité d'informations ? <br />Nous avons simulé l'érosion fluviatile long-terme et ses conséquences sur la base d'un modèle prenant en compte les processus physiques. Nous avons complété le modèle mécanique par l'intégration de considérations sur l'évolution dans le temps des grandeurs caractéristiques du système en les simulant par l'intermédiaire du signal d'insolation (influence des paramètres astronomiques sur les changements climatiques).<br /><br />Dans le cas du bassin parisien, les simulations ont mis en évidence l'existence d'un soulèvement tectonique régulier de 0.06 à 0.09 mm/an lors des derniers cycles climatiques (plusieurs dizaines de milliers d'années). L'équilibre dynamique du système fluctue en fonction des variations climatiques : le dernier maximum d'incision, estimé par l'intermédiaire de la simulation, a eu lieu il y a 40 à 60 ka.<br />Dans le cas des fortes incisions, le paléo-profil des fleuves enregistre les propriétés mécaniques de la lithosphère. On obtient ainsi une méthode alternative et élégante pour déterminer celles-ci. <br /><br />Suivant l'échelle de temps et d'espace étudiée, le profil longitudinal des fleuves peut révéler soit les mouvements tectoniques, soit les changements de climat, soit enfin les propriétés mécaniques de la lithosphère. La modélisation permet de combler certaines lacunes sur les évènements passés et constitue un outil de prédiction long-terme.

La marge provençale, localisée au Nord-Ouest de la Méditerranée, constitue avec la marge du Golfe du Lion et la marge ligure, la bordure septentrionale du bassin Liguro-Provençal. L'objectif principal de ce travail est la reconstitution de l'histoire géodynamique, structurale et géomorphologique de la marge depuis le Tertiaire. Sa structure est principalement le résultat des phases tectoniques anté-miocènes. Sur la marge provençale la transition entre le plateau continental et le bassin est étroite et caractérisée par des pentes abruptes affectées par des phénomènes d'instabilité gravitaire dans l'axe du canyon sous-marin de Cassidaigne. A terre, la marge provençale est caractérisée par une compression pyrénéenne, des fossés oligocènes, et une sédimentation mésozoïque à cénozoïque essentiellement carbonatée propice à l'infiltration des eaux en profondeur. L'origine des cours d'eau de la région est essentiellement karstique, et les sources côtières de Port-Miou et Bestouan constituent des réseaux karstiques noyés développés sur plusieurs kilomètres dans le calcaire urgonien, au droit du canyon de Cassidaigne. Les travaux antérieurs suggèrent (1) que l'absence de réseau fluviatile de surface en amont et la forme de reculée karstique de la tête du canyon de Cassidaigne sont le résultat d'une connexion karstique entre les sources côtières et le canyon, (2) que la marge provençale n'ait pas été affectée par l'érosion messinienne et la transgression pliocène, (3) que certains dépôts transgressifs marins miocènes sont situés à des altitudes anormalement élevées par rapport à leurs niveaux de dépôt théorique. Ces faits témoignent d'une évolution géodynamique récente, mais encore peu documentée dans la région. Cette thèse applique une approche intégrative géologique, géomorphologique et hydrogéologique afin de caractériser l'évolution et le fonctionnement du karst côtier et des canyons sous-marins. Les méthodes utilisées sont principalement : (1) l'acquisition et l'interprétation géologique des données de sismique marine (2740 km) et de 74 carottages, (2) l'analyse tectonique et/ou eustatique de marqueurs géomorphologiques de paléo-niveaux de base, (3) le suivi hydrogéologique et l'imagerie électrique des aquifères karstiques côtiers de Cassis, (4) la modélisation géologique 3D de surfaces terre-mer dans le géomodeleur gOcad, et (5) la restauration de l'évolution de la paléotopographie depuis le Tortonien. Les résultats de l'interprétation sismique sont (1) une carte détaillée de la surface d'érosion messinienne du plateau continental mettant en évidence la présence d'un canyon messinien de direction E-W, baptisé " canyon de Bandol ", (2) une carte géologique inédite du plateau continental et des coupes géologiques terre-mer qui s'étendent de l'extrémité ouest de la Nerthe au Cap Sicié. L'évolution sédimentaire du canyon de Cassidaigne durant la période messino-pliocène est génétiquement liée à celle du canyon de Bandol. Deux modèles stratigraphiques ont été proposés pour expliquer l'histoire du remplissage sédimentaire de ces deux canyons. L'altitude et la bathymétrie des transgressions marines miocènes reconnues à terre et en mer ont permis de définir une carte de déformation de la topographie de la marge à grande longueur d'onde depuis le Burdigalien. Les restaurations en 3D mettent en évidence la bascule de la marge et le rajeunissement des reliefs pyrénéo-provençaux à terre du NE vers le SW. Un schéma d'évolution du réseau hydrogéologique de la marge, cohérent avec le modèle restauré est présenté. Un karst profond, connecté à un réseau inférieur de la grotte de Port-Miou, émerge pendant le Messinien dans la partie amont du canyon de Cassidaigne. Il est confiné par des structures géologiques défavorables à la karstification situées juste au sud. Des cours d'eau mineurs, provenant du Massif des Calanques ou du secteur vallonné du bassin de Riou façonnent la partie ouest de la tête du canyon de Cassidaigne. Le canyon de Bandol, de direction ouest-est, est principalement incisé par les cours de la Reppe-Destel, du Gapeau.

La marge provençale, localisée au Nord-Ouest de la Méditerranée, constitue avec la marge du Golfe du Lion et la marge ligure, la bordure septentrionale du bassin Liguro-Provençal. L'objectif principal de ce travail est la reconstitution de l'histoire géodynamique, structurale et géomorphologique de la marge depuis le Tertiaire. Sa structure est principalement le résultat des phases tectoniques anté-miocènes. Sur la marge provençale la transition entre le plateau continental et le bassin est étroite et caractérisée par des pentes abruptes affectées par des phénomènes d'instabilité gravitaire dans l'axe du canyon sous-marin de Cassidaigne. A terre, la marge provençale est caractérisée par une compression pyrénéenne, des fossés oligocènes, et une sédimentation mésozoïque à cénozoïque essentiellement carbonatée propice à l'infiltration des eaux en profondeur. L'origine des cours d'eau de la région est essentiellement karstique, et les sources côtières de Port-Miou et Bestouan constituent des réseaux karstiques noyés développés sur plusieurs kilomètres dans le calcaire urgonien, au droit du canyon de Cassidaigne. Les travaux antérieurs suggèrent que l'absence de réseau fluviatile de surface en amont et la forme de reculée karstique de la tête du canyon de Cassidaigne sont le résultat d'une connexion karstique entre les sources côtières et le canyon, que la marge provençale n'ait pas été affectée par l'érosion messinienne et la transgression pliocène, que certains dépôts transgressifs marins miocènes sont situés à des altitudes anormalement élevées par rapport à leurs niveaux de dépôt théorique. / The Provence Margin is situated in the north-western Mediterranean and constitutes the northern edge of the Liguro-Provençal Basin with the margins of the Gulf of Lion and Ligurian sea. The main objectif of this thesis is the reconstruction of the geodynamic, structural and geomorphologic history of the margin since the Tertiary. This margin is mainly structured by ante-miocene tectonic events. On the Provence Margin, transition between the continental plate and the basin is narrow and characterized by abrupt slopes and associated gravitary instability within the axis of the Cassidaigne canyon. The Provence Margin is characterized by Pyrenean compression and Oligocene extension. The Mesozoïc-Cenozoïc sedimentary pile is dominated by carbonate rocks favorable to water circulation. The origin of the river system in the region is essentially karstic, and the coastal springs of Port-Miou and Bestouan correspond to drowned karstic network that develop along tens of kilometers within the Urgonian limestone, updip of the Cassidaigne Canyon. Previous work suggest (1) that the lack of updip river system and the karst pocket valley shape of the canyon head are the result of an active karstic connexion between the coastal springs and the canyon, (2) that the Provence Margin is not affected by the Messinian erosion and Pliocene transgression, and (3) that Miocene marine transgressions are preserved at higher altitudes than their theoretical level. These facts witness a recent tectonic deformation that is not well understood. This work is based on the integration of geology, geomorphology and hydrogeology with the aim to understand evolution and functioning of coastal karsts