Le Dévonien supérieur est une période marquée par des variations climatiques importantes et de nombreuses perturbations environnementales, tant dans le domaine continental (surrection de chaî-nes de montagnes, développement des plantes vasculaires) que dans le domaine marin (fluctuations du niveau marin, crise biologique, stockage de matière organique). La mise en place de façon quasi-globale de niveaux riches en matière organique au Frasnien terminal, les horizons Kellwasser, et leur impact sur le cycle du carbone ont retenu plus particulièrement notre attention au cours de ce travail. L'étude pluridisciplinaire menée sur des séries sédimentaires situées de part et d'autre de la chaîne éovarisque nous permet de reconstituer les variations des environnements marins à la limite Frasnien-Famennien, dans les régions du Massif Schisteux Rhénan, des Montagnes du Harz (Allemagne), de la Meseta occidentale et de l'Anti-Atlas (Maroc). La démarche adoptée repose principalement sur l'analyse géochimique et l'étude du magnétisme des roches. A partir des résultats obtenus, un modèle de formation des horizons Kellwasser au cours du Frasnien terminal est proposé. <br /><br />L'analyse du signal magnétique montre que les apports détritiques ont progressivement dimi-nué au cours du Frasnien. Ces apports sont minimaux lors du dépôt des deux horizons Kellwasser au Frasnien terminal. A l'inverse, le Famennien inférieur enregistre une hausse de ces apports. Ces varia-tions sont associées aux fluctuations globales du niveau marin reconnues au Dévonien supérieur, ainsi qu'à des changements profonds du régime d'érosion sur les continents. Notre étude suggère que l'évolution du détritisme et de la production carbonatée sur les marges continentales ait été contrôlée par des variations climatiques majeures. Selon nous, la limite entre ces deux étages représente une période de transition entre des conditions chaudes et humides de type "greenhouse", typiques du Dé-vonien, et des conditions plus froides et plus sèches, annonçant les climats de type "icehouse" du Car-bonifère.<br />L'analyse géochimique des horizons Kellwasser a mis en évidence la hausse de la productivité primaire et a confirmé l'appauvrissement en oxygène des eaux de fonds dans la plupart des environ-nements marins. Nos travaux montrent que le degré et la durée de l'appauvrissement en oxygène ne semblent pas être identiques pour chacun de ces deux horizons. L'horizon Kellwasser inférieur est caractérisé par la mise en place de conditions dysoxiques dans les environnements peu profonds (pla-tes-formes ou hauts-fonds marins), alors que l'horizon Kellwasser supérieur enregistre la mise en place de conditions anoxiques à euxiniques dans les environnements profonds (bassins) et oxiques à dysoxiques dans les environnements moins profonds. <br /><br />Durant l'épisode de dépôt de l'horizon Kellwasser inférieur, l'appauvrissement en oxygène se-rait le résultat d'une hausse importante de la productivité primaire. Cette hausse de productivité et la consommation d'oxygène auraient été induites par l'eutrophisation des milieux marins peu profonds. La libération accrue de nutriment proviendrait d'une intensification de l'altération chimique, faisant suite au développement des plantes vasculaires et à la mise en place de la chaîne éovarisque à partir du Dévonien supérieur. Ce phénomène d'altération a vraisemblablement été favorisé par un climat parti-culièrement chaud et humide. Durant l'épisode de dépôt de l'horizon Kellwasser supérieur, l'appauvrissement en oxygène résulterait de la stratification des eaux dans les environnements pro-fonds, due à une diminution de la circulation océanique, causée par un confinement plus important des bassins. Cette stratification a été accrue durant la période de haut niveau marin associée à l'horizon Kellwasser supérieur. Les eaux anoxiques ont pu se répandre dans les environnements de plates-formes à la faveur de la montée eustatique. La mise en place de conditions anoxiques, voire locale-ment euxiniques, a favorisé la diffusion des nutriments libérés par la reminéralisation de la matière organique. Ces nutriments ont pu rejoindre épisodiquement les eaux de surface, à la faveur d'interruptions temporaires de la stratification des eaux, et ainsi intensifier la productivité primaire. <br /><br />Il est proposé que cette période de stockage accrue de carbone organique dans les sédiments ait fortement perturbé le cycle du carbone à long terme, conduisant, au final, à une chute notable de la pression de CO2 atmosphérique et au refroidissement du climat à la base du Famennien. Ainsi, ces travaux suggèrent que la formation des horizons Kellwasser résulte de la conjonction de divers phé-nomènes, comprenant la tectonique s.l., l'évolution des végétaux, la physiographie des océans, la pro-ductivité marine, le tout en interactions directes et indirectes avec le climat.

Ostie et Portus sont deux villes portuaires emblématiques de la façade littorale de la Rome antique. Construites au contact du Tibre et de la mer Tyrrhénienne, elles se situent dans des milieux géomorphologiquement très instables (mobilité du fleuve et du trait de côte). Nous nous proposons dans cette étude de reconstituer les dynamiques hydrosédimentaires du Tibre deltaïque à l’époque romaine (principalement aux Ier s. av. – Ier s. ap. J.-C.) et d’en identifier les conséquences sur le système Ostie-Portus. Pour mener à bien ce travail, nous nous appuyons sur des données sédimentaires issues de carottages réalisés dans le paléoméandre d’Ostie et les canaux de Portus. Ces résultats sont ensuite confrontés aux données archéologiques et historiques. Le croisement des données sédimentaires, archéologiques et textuelles permet d’envisager une crise hydrosédimentaire d’origine anthropoclimatique dans le bassin versant du Tibre s’étalant de la seconde partie du Ier s. av. J.-C. au début du Ier s. ap. J.-C. A Ostie, cette crise s’exprime par : (1) une accumulation de sédiments à l’embouchure du Tibre qui conduit au comblement du port fluvial d’Ostie ; (2) plusieurs inondations importantes (parfois torrentielles – cf. Rome) ; et (3) peut-être une hausse des niveaux phréatiques. A cela s’ajoute, avant ou pendant cette crise, une forte variabilité latérale de l’embouchure et du paléoméandre d’Ostie, qui a pu affecter le développement d’Ostie. Contraint par une forte pression démographique à Rome et par le contexte socio-économique, Claude fonde Portus au milieu du Ier s. ap. J.-C. Cette ville portuaire maritime est conçue dans l’idée de pallier les insuffisances du port d’Ostie : (1) les capacités d’accueil du port sont considérablement accrues (bassin de 200 ha) ; (2) le site d’implantation est choisi 3 km au nord de l’embouchure du Tibre pour échapper aux contraintes hydrosédimentaires qui se posaient à Ostie. Pour des raisons logistiques (transport des marchandises vers Rome), la planification de Portus est accompagnée d’un système de canaux relié au Tibre. Les ingénieurs romains prennent cependant soin de dissocier le système des canaux de celui des bassins portuaires (gestion de la charge solide) et certains de ces canaux sont envisagés comme évacuateurs de crue (gestion des inondations). Les études sédimentaires menées permettent de décrire les modalités de fonctionnement et de comblement de certains de ces canaux (Canale Traverso, Canale Romano). Ce travail est complété par une réflexion méthodologique sur le diagramme de Passega et une modélisation de l’évolution holocène de la partie nord du delta du Tibre à partir de l’analyse de carottes. / Ostia and Portus are two important harbour cities located on theThyrrenian coast, near the ancient Rome. This location corresponds to a fastly changing landscape (river and coastline mobility). The aim of this study is to reconstruct the Tiber hydrosedimentary dynamics in its delta plain during Ancient times (mainly in the 1st c. BC - 1st c. AD) and to identify their impact on the system Ostia-Portus. To complete this work, we analyse sedimentary cores drilled in the palaeomeander of Ostia and the canals of Portus. These results are compared to the archaeological and historical data. Crossing sedimentary, archaeological and textual data allows to consider hydrosedimentary anthropoclimatic crisis in the Tiber River watershed, during the period between the second part of the Ist century BC and the beginning of the Ist century AD. This crisis is expressed in Ostia, by: (1) a sediment accumulation at the mouth of the Tiber River, leading to the filling of the river mouth harbour of Ostia; (2) several major floods (at Rome - sometimes torrential floods); and (3) perhaps an increase of the groundwater levels. During this hydrosedimentological crisis or before, a strong lateral mobility of the Tiber mouth and the palaeomeander of Ostia probably affect the development of the city. Obliged by a strong demographic pressure in Rome and by the socio-economical context, Claude built Portus in the middle of the 1st century AD. Portus is planned with the idea to overcome the shortcomings of Ostia’s harbour: (1) by an increased harbour basin area (200 ha), and (2) by its establishment, 3 km north of the Tiber mouth, to avoid the main hydrosedimentary constraints. For logistical reasons (goods transport to Rome), Portus includes a fluvial canal system, connected to the Tiber River. However, Roman engineers take care to separate the canal system and the harbour basins (sediment load) and some of these canals are considered floodways (flood management). Sedimentary analysis characterise the canal functioning and filling (Canale Traverso, Canale Romano). This work is complemented by a methodological reflection on the Passega diagram and by a modeling of the Holocene evolution of the Tiber delta’s northern part , based onthe analysis of core samples.

Le refroidissement global et les oscillations entre cycles glaciaires et interglaciaires du Pléistocène inférieur ont pour conséquence une alternance entre milieux steppiques et forestiers, favorisant par là-même renouvellements et dispersions fauniques dont celui du genre Homo.Dans les interprétations paléoenvironnementales basées sur les assemblages fauniques, les cervidés, parmi les plus abondants mammifères, sont classiquement considérés comme forestiers, mais ce paradigme ne reflète pas la complexité de la diversité écologique réelle des cervidés.L'analyse texturale de 921 spécimens représentant les 5 cervidés actuels à l'écologie référencée a permis d'établir une robuste base de données et d'attester du lien significatif entre micro-usure dentaire et ressources végétales. L'analyse de 547 cervidés fossiles issus de 15 localités européennes souligne leur grande diversité écologique. Eucladoceros ctenoides et Metacervoceros rhenanus présentent une alimentation plastique. Leur analyse permet l'identification de réponses alimentaires adaptatives aux modifications environnementales liées aux oscillations climatiques. Ces deux cervidés, eurytopiques, constituent des indicateurs écologiques incontournables. La composante forestière supportée par la présence des cervidés est ici remise en cause ; les cervidés étant plus diversifiés écologiquement. L'analyse de la texture de la micro-usure dentaire des cervidés présents dans des sites européens, où la présence du genre Homo a été avancée, vise à identifier le type potentiel d'habitat favorable à sa dispersion en Eurasie. / The early Pleistocene is a period of global cooling and climatic oscillations punctuated by glacial and interglacial cycles. This period of climatic instability leads to an alternation of steppe and forest habitats resulting in faunal renewals and dispersals, including Homo dispersal.In paleoenvironmental reconstructions based on faunal assemblages, deer, which are among the most abundant mammals, are traditionally considered forest dwellers. However, this paradigm is far from reflecting the real complexity of deer ecological diversity.Via the textural analysis of 921 representatives of the 5 extant European deer with known ecology, a solid reference database has been setup. It attests of the significative link existing between dental micro-wear and vegetal resources. The analysis of 547 fossils from 15 European localities underlines the ecological diversity among fossil deer. Eucladoceros ctenoides and Metacervoceros rhenanus are plastic in their diet. The analysis of such deer allows the identification of dietary adaptive answers to environmental modifications resulting from climatic oscillations. Being eurytopic, they constitute essential proxies for paleoenvironmental reconstructions. The results challenge the link existing between the occurrence of deer and the presence of forest habitats, as deer are ecologically more diversified.The textural analysis of deer from European human bearing localities aims at characterizing potential habitats favorable toward Homo dispersion in Eurasia.

Introduction : la Terre au Trias inférieur et la reconquête après l’extinction fini-PermienneSitué après la limite entre le Paléozoïque et le Mésozoïque, le Trias inférieur est un intervalle court (~4Ma seulement ; Ovtcharova et al., 2006 ; Galfetti et al., 2007a ; Baresel et al., 2017). Lors de la transition entre le Permien et le Trias (PTB), la configuration tectonique de la Terre était différente, et la plupart des masses continentales étaient rassemblées en un seul super continent, la Pangée, lui-même entouré par un unique océan global, la Panthalassa (e.g., Murphy & Nance, 2008 ; Murphy et al., 2009 ; Stampfli et al., 2013).Lors de cette transition et durant le Trias inférieur, un évènement volcanique majeur, la mise en place de la grande province ignée de Sibérie (e.g., Ivanov et al., 2009, 2013), a conduit à l’émission de grande quantité de gaz à effet de serre (e.g., Galfetti et al., 2007b ; Romano et al., 2013). Ceux-ci ont contribué à l’acidification de la colonne d’eau et à l’augmentation des températures consécutivement à l’injection de CO2 dans l’atmosphère (e.g., Galfetti et al., 2007b ; Sun et al., 2012 ; Romano et al., 2013).Les perturbations environnementales qui en découlèrent ont eu des conséquences sur les milieux de dépôts associés à cette période, mais également sur les écosystèmes. Elles sont supposées avoir contribué à la mise en place de conditions délétères pour les organismes et avoir perduré durant tout le Trias inférieur, restreignant ainsi la rediversification biologique d’après-crise (e.g., Pruss & Bottjer, 2004 ; Fraiser & Bottjer, 2007 ; Bottjer et al., 2008 ; Algeo et al., 2011 ; Meyer et al., 2011 ; Bond & Wignall, 2014 ; Song et al., 2014).La limite PT fut le théâtre de la plus importante et la plus destructrice crise biologique du Phanérozoïque, et fut responsable de la disparition de plus de 90% des espèces marines (Raup, 1979), ou encore de la perte d’environ 50% des familles de tétrapodes continentaux (Benton & Newell, 2014), pour ne citer que ces deux exemples. De nombreux groupes ont été oblitérés durant cette extinction, comme par exemple les groupes caractéristiques du Paléozoïque tels que les coraux tabulés ou encore les trilobites (Sepkoski, 2002). Cependant, si la Vie a failli s’éteindre à l’aube du Mésozoïque, celle-ci a tout de même pu se reconstruire, au prix d’une rediversification communément admise comme lente et difficile dans des conditions environnementales délétères (e.g., Twitchett, 1999 ; Fraiser & Bottjer, 2007 ; Meyer et al., 2011 ; Chen & Benton, 2012). De grands paradigmes sont couramment associés à la rediversification du Trias inférieur (illustrés dans la Figure R.1a) :La présence de taxons « désastre », représentant des organismes opportunistes et généralistes qui auraient proliféré à la suite de la libération de niches écologiques laissées vacantes par les métazoaires disparus (e.g. ; Schubert & Bottjer, 1992, 1995 ; Rodland & Bottjer, 2001 ; He et al., 2007) ;Des faciès dit « anachroniques », composés de récifs exclusivement microbiens tels ceux trouvés dans les dépôts Précambriens (e.g., Schubert & Bottjer, 1992 ; Woods et al., 1999 ; Pruss & Bottjer, 2005 ; Pruss et al., 2005 ; Woods, 2009) ;Un effet « Lilliput », soit un nanisme généralisé des faunes présentes (e.g., Urbanek, 1993 ; Hautmann & Nützel, 2005 ; Payne, 2005 ; Twitchett, 2007 ; Fraiser et al., 2011 ; Metcalfe et al., 2011 ; Song et al., 2011) ;Une anoxie/euxinie généralisée dans le domaine marin, y compris littoral (e.g., Isozaki, 1997 ; Meyer et al., 2011 ; Song et al., 2012 ; Grasby et al., 2013).Fig. R.1 : a) Représentation synthétique des principaux paradigmes communément acceptés pour la rediversification biologique au cours du Trias inférieur. b) Représentation synthétique de ces mêmes paradigmes, révisés selon les données récemment recueillies dans le bassin ouest-américain (d’après Brayard, 2015). Inf. : inférieur ; m. : moyen ; s./sup. : supérieur (...). / In the wake of the Mesozoic, the Early Triassic (~251.95 Ma) corresponds to the aftermath of the most severe mass extinction of the Phanerozoic: the end-Permian crisis, when life was nearly obliterated (e.g., 90% of marine species disappeared). Consequences of this mass extinction are thought to have prevailed for several millions of years, implying a delayed recovery lasting the whole Early Triassic, if not more.Several paradigms have been established and associated to a delayed biotic recovery scenario expected to have resulted from harsh and deleterious paleoenvironments. These paradigms include a global anoxia in the marine realm, a “Lilliput” effect, and the presence of “disaster” taxa and “anachronistic” facies. However, recent works have shown a more complex global scheme for the Early Triassic recovery, and that a reevaluation of these paradigms was needed. Especially, new data from the western USA basin were critical in re-addressing these paradigms.The western USA basin is the result of a long tectono-sedimentary history that started 2 Gyr ago by the amalgamation of different lithospheric terranes forming its basement. A succession of orogenies and quiescence phases led to the formation of several successive basins in the studied area, and traces of this important geodynamical activity are still present today. The Sonoma orogeny occurred about 252 Ma in response to the eastward migration of drifting arcs toward the Laurentian craton. As a result, compressive constrains lead to the obduction of the Golconda Allochthon above the west-Pangea margin in present-day Nevada. Emplacement of this topographic load provoked the lithosphere flexuration beneath present-day Utah and Idaho to form the Sonoma Foreland Basin (SFB) studied in this work.The SFB record an excellent fossil and sedimentary record of the Early Triassic. A relatively high and complex biotic diversity has been observed there leading to describe a rapid and explosive recovery for some groups (e.g., ammonoids) in this basin after the end-Permian crisis. The sedimentary record is also well developed and has been studied extensively for a long time. Overall, these studies notably documented a marked difference between the northern and southern sedimentary succession within the basin, whose origin was poorly understood.This work therefore aims to characterize the various depositional settings in the Early Triassic SFB, as well as their paleogeographical distribution. Their controlling factors are also studied based on an original integrated method using sedimentological, paleontological, geochemical, geodynamical, structural and cartographic analyses. Aside the fossil and sedimentary discrepancy between the northern and the southern parts of the SFB, geochemical analyses provide new insights supporting this N/S dichotomy. This study also questions the validity of the geochemical signal as a tool for global correlation, as it appears to mainly reflect local forcing parameters.The geodynamical framework of the SFB was also investigated along with a numerical modelling of the rheological behavior of the basin. This work distinguishes the northern and southern parts of the basin based on markedly distinct tectonic subsidence rates during the Early Triassic: ~500 m/Myr in the northern part vs ~100m/Myr in the southern part. Origin of this remarkable difference is found in inherited properties of the basin basement itself. Indeed, different ages and therefore, rheological behaviors (i.e., rigidity to deformation and flexuration) of the basement lithospheric terranes act as a major controlling factor over the spatial distribution of the subsidence, and therefore of the sedimentary deposition. The lithosphere heritage is thus of paramount importance in the formation, development and spatio-temporal evolution of the SFB.This work leads to a new paleogeographical representation of the Sonoma Foreland Basin and its multi-parameter controlling factors (...).

Les structures de déformation pré-lithification s’enregistrent dans les sédiments meubles. Ces structures sont abondantes dans les domaines sous-glaciaires et marins profonds en raison du développement de surpressions de fluide. A partir de cas d’études choisis dans ces deux environnements, leurs implications sur les (1)reconstructions paléoenvironnementales, leurs impacts sur la (2) morphologie glaciaire, et sur les (3) propriétés pétrophysiques ont pu être définis.(1) L’analyse de ces structures de déformation a permis de mieux contraindre les paléoenvironnements sédimentaires. Ces structures de déformation ont été utilisées comme des «proxy » permettant d’estimer les variations de la vitesse d’écoulement, de l’épaisseur de glace, de la production d’eaux de fonte et de la position de la marge glaciaire.(2) Les séries sédimentaires des vallées tunnels ordoviciennes enregistrent la mise en place de nombreuses structures de déformation liées aux surpressions de fluides. L’analyse de ces structures a permis de proposer un nouveau modèle de creusement des vallées tunnels induits par des pressions de fluides élevées. Ce modèle de creusement, lié aux surpressions de fluide, est favorisé dans les zones d’inter ice-stream. A l’inverse, sous les ice-stream, l’écoulement des eaux de fonte se produit à l’interface glace-substrat et favorise d’autres modèles de formation des vallées tunnels.(3) Les processus de remobilisation sédimentaire ont un impact sur les propriétés pétrophysiques des réservoirs sableux. Les études pétrophysiques menées sur des grès déposés en environnements marins profonds et glaciaires ont permis de mettre en évidence l’impact des surpressions de fluides sur les propriétés réservoirs des sables. Les processus de fluidisation sont capable de créer de bons réservoirs, tandisque les processus d’élutriations ont tendance a réduire la porosité/perméabilité. / Soft-sediment deformation structures (SSDs) occur in unconsolidated sediments, during or shortly after deposition. SSDs are abundant in subglacial and deep-marine environments because of the development of fluid overpressure. Case studies of these two sedimentary environments were used (1) to reconstruct palaeoenvironments from SSDS, and (2) to define the impacts of SSDS on glacial morphologies and (3) petrophysical properties.(1) Analyses of strain regimes, deformation mechanisms, and chronologies in SSDs served to improve palaeoenvironmental reconstructions. These structures were used as proxys to estimate variations of ice flow velocities, ice thickness, meltwater production, and position of the ice margin.(2) The sedimentary series of ordovician tunnel valleys record numerous SSDs induced by fluid overpressure. A new model of tunnel valley formation controlled by the increase of porewater pressure in the bed is proposed. This model of formation occurs in inter-ice stream zones, where meltwater is transferred to the substratum. In ice-stream corridors, meltwater circulates at the ice-bed interface and promotes the formation of tunnel valleys controlled by meltwater processes.(3) Remobilisation processes triggered by the increase of fluid pressure have an impact on the granular framework and on the geometry of reservoirs. Petrophysical studies of subglacial and deep-marine sandstones demonstrated the impact of fluid overpressure on reservoir properties. Processes of fluidisation are responsible for the increase in porosity/permeability, while elutriation processes lead to a decrease in these petrophysical properties.