Cette thèse a pour objectif la reconstitution des étapes ayant conduit au remplissage sédimentaire de la plaine maritime flamande française au cours de l'Holocène. L'approche utilisée a consisté en l'utilisation conjointe de bases de données de forages, de sondages et d'observations réalisées au cours de cette étude et, pour la première fois de données issues d'une campagne de sismique à très haute résolution dans les voies navigables de la plaine côtière. La relecture des données lithologiques au regard de nos propres observations permet de définir précisément les faciès de remplissage de la plaine. Les données lithologiques, minéralogiques (argiles) et micropaléontologiques (foraminifères et pollens) sont à la base de la reconnaissance de 5 faciès sédimentaires représentatifs du remplissage. Ces faciès ont été interprétés en assemblages de faciès de dépôt. Ceux-ci ont été regroupés en 3 unités caractérisant l'évolution verticale des conditions de dépôt. A la base une plaine alluviale, puis une série estuarienne dominée par la marée et une série d'estran tidal. La première unité correspond à des dépôts tardi-pléistocènes, tandis que les deux autres représentent les dépôts holocènes remplissant la majorité de l'espace d'accommodation disponible. Une série de 10 profils au travers de la plaine maritime permet de comprendre la distribution et la géométrie de ces unités ainsi que l'organisation des faciès sédimentaires. L'arrangement stratigraphique met en évidence les interactions entre le taux de remontée du niveau marin et les conditions hydrodynamiques caractérisées par un régime macrotidal et influencées localement par la houle. Notre étude permet de mieux comprendre le fonctionnement de ce type de zone basse et ouvre des perspectives de modélisation de scénarios futurs d'évolution. / The aim of this study is to reconstruct the evolution of the Holocene deposits along the French Flemish Coastal Plain. This approach is achieved combining available and newly dataset from boreholes, cores descriptions and, for the first time in this plain, the interpretation of VHR seismic profiles on the coastal plain waterways. The study of lithology, micropaleontological assemblages (foraminifera and pollen analyses) and clay mineralogy provides the basis to recognize five sedimentary facies as representative of the Holocene infill. These sedimentary facies were interpreted as depositional facies assemblages in accordance to their depositional features. Depositional facies were grouped in three sedimentary units that better define the depositional environment. From base to top, the units are: alluvial plain, tide-dominated estuary and tidal flats. The alluvial plain consists of late Pleistocene deposits while estuarine and tidal flats units represent the Holocene deposits covering almost the whole available accommodation space. Distribution and geometry of these sedimentary units and their internal architecture of depositional facies were observed from ten cross-sections that cover most of the coastal plain. Stratigraphic arrangement shows the interaction of the Holocene sea-level rise and the coastal hydrodynamic conditions, dominated by the macrotidal regime and influenced by waves action, as the main factors that ruled the sedimentation of the area. This study opens new possibilities to better understand the coastal processes that acted in this lowland, as well as serves as a basis for future studies or modelling possible future scenario.

Le long d’une marge passive, la présence d'un niveau de sel mobile, ainsi que des apports sédimentaires détritiques importants peuvent déclencher une tectonique gravitaire déformant la couverture sédimentaire et le sel sous-jacent. Ces déformations sont contrôlées au niveau du glacis continental par la surcharge différentielle engendrée par le dépôt d'éventails turbiditiques (étalement gravitaire). Localement, lorsque la marge est mature, l'extrusion des évaporites forme des nappes de sel allochtone de quelques dizaines de kilomètres de longueur, pouvant être remobilisés et déformés par le dépôt de lobes/éventails turbiditiques. Deux styles structuraux se distinguent : Le premier (stepped counterregional) est dominé par la subsidence de la couverture sédimentaire et l’extrusion du sel en aval du système. Le second (roho) est dominé par des mouvements de translation horizontaux accommodés par de nombreuses structures extensives.Nous avons développé un nouveau type de dispositif expérimental permettant d’étudier les interactions entre sédimentation et tectonique salifère au sein des marges passives. Notre dispositif combine deux approches traditionnellement distinctes : l’approche stratigraphique, s’intéressant au transport et au dépôt sédimentaire, et l’approche tectonique, se focalisant sur les déformations salifères. Le bassin tectono-stratigraphique conçu au cours de cette thèse permet donc de simuler les processus de transport et de dépôt turbiditique ainsi que les déformations gravitaires induites par une surcharge sédimentaire différentielle sur un niveau mobile salifère à l’échelle régionale (étalement gravitaire) ou locale (remobilisation de nappe de sel allochtone). / Salt-bearing passive margin with large clastic sediment supply are characterized by gravity-driven tectonics that deforms the sedimentary overburden and the underlying salt. These deformations are controlled along the continental rise by the differential loading generated by the deposition of turbidite fan (gravity spreading). Locally, along mature margin, extrusion of evaporites form allochthonous salt nappes (tens kilometres long) that are remobilized and deformed by the deposition of turbiditic lobes. Two end-members are recognized: the stepped counterregional structural style, which is dominated by subsidence of the sedimentary cover and distal salt extrusion. The roho structural style, which is dominated by lateral translation accommodated by several extensional structures.We designed a completely new kind of experimental apparatus for studying the interaction between sedimentation and salt tectonics along passive margin. Our device combines two approaches that are traditionally distinct: (1) the stratigraphic approach aiming to simulate sediment transport and deposition, and (2) the tectonic approach focusing on the deformation of the salt and its sedimentary cover. Thus, the tectono-stratigraphic basin built during this PhD work allows the modelling of turbiditic transport and deposition processes, as well as, salt-related deformations induced by differential loading of a mobile salt substratum at regional (gravity spreading) or local (allochthonous salt bodies remobilization).

Th. Etat--Sc, 1987. / Bibliogr. p. 369-393. Résumé en anglais.

Le chapitre 1 situe historiquement la notion de stratigraphie archéologique, de la fouille sans stratigraphie, à la stratigraphie verticale basée sur les coupes de terrain, puis à l'état de l'art actuel fondé sur l'axiomatisation proposée par Edward Harris en 1979. Le chapitre 2 est une relecture des concepts de cette dernière approche, préalable à leur formalisation. Celle-ci, développée dans le chapitre 3 en recourant à des outils mathématiques simples, permet de proposer un algorithme d'obtention du diagramme stratigraphique, intégrant la notion d'incertitude. Ce traitement s'insère dans la notion plus large de " système d'information stratigraphique " (chapitre 4). Enfin le chapitre 5 évoque, d'un point de vue théorique et pratique, le statut de l'information stratigraphique. <br /> Le volume 2 présente les outils informatiques issus de ce travail : le module de création de diagrammes stratigraphiques Le Stratifiant, et l'exemple de base de données Stratibase.

Thèse (D.R.Min.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2001. / Bibliogr.: f. 237-249. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Les systèmes sédimentaires carbonatés forment à la fois des archives géologiques uniques des changements globaux-locaux des enveloppes externes de la Terre et renferment plus de 75 % des réserves d'hydrocarbure conventionnelles. Ils sont complexes et très difficiles à comprendre et à prédire. Cette complexité à toutes les échelles spatio-temporelles rend nécessaire l'intégration de méthodes naturalistes et quantitatives pour les étudier. La modélisation numérique basée processus permet de réduire les incertitudes des prédictions des propriétés des réservoirs carbonatés.Le manuscrit présente une méthode de modélisation itérative des systèmes carbonatés de la stratigraphie à la sismique en intégrant la diagenèse. Cette approche est basée sur le couplage de plusieurs outils numériques et par une démarche de travail combinant la sédimentologie, la diagenèse, la physique des roches et la simulation sismique.L’approche de modélisation développée permet ainsi d’intégrer un grand nombre de données multi-échelles et multidisciplinaire au sein d’un modèle facilement partageable entre toutes les disciplines en géosciences. L’intégration de ces nombreuses données est facilitée par un continuum du modèle entre les différentes échelles d’espace et de temps (du bassin au réservoir). La sismique synthétique ainsi obtenue n’est pas une simple convolution géométrique, elle intègre les propriétés sédimentologiques et diagénétiques, permettant une analyse de la signification stratigraphique des réflecteurs sismiques. Cette approche innovante intègre les méthodes naturalistes et quantitatives nécessaires à la compréhension et à la prédiction des systèmes carbonatés. / Carbonate sedimentary systems record both global and local geological changes of the outer envelope of the Earth and contain more than 75% of conventional hydrocarbon reserves. These carbonate systems show a great complexity at every spatial and temporal scales. To increase our ability to understand and predict such intricate natural systems, it is necessary to integrate naturalistic and quantitative methodological apporaches. Numerical process-based modeling (stratigraphic-sedimentary-diagenetic) reduces the uncertainty of prediction of carbonate reservoir properties. The manuscript presents a method of iterative modeling of carbonate systems from stratigraphy to seismic by integrating diagenesis. This approach is based on the coupling of numerical tools and a working approach combining sedimentology, diagenesis, rock physics and seismic simulation. Tests on case studies associated with scientific and industrial issues validated the method.The modeling approach that was developed during the thesis allows to integrate a large number of multi-scale and multidisciplinary data. Models can easily be shared between the disciplines of geosciences. The model continuum along different scales of space (from the basin to the reservoir) and time eases the integration of various data. The obtained synthetic seismic is not a simple geometric convolution, but an integration of sedimentological and diagenetic properties, which allows for an analysis of the stratigraphic significance of the seismic reflectors. This innovative approach integrates naturalistic and quantitative methods, which improve the understanding and prediction of carbonate systems and reservoirs.

La plaine de Pise, située au nord-ouest de la Toscane, près du delta de l’Arno qui, après 241 km, se jette dans la mer Ligure à une faible distance du centre urbain de Pise. Différents processus géomorphologiques (érosion, transport, accumulation), principalement conditionnés par le système fluvial et marin (apport sédimentaire d’origine fluviale, formation du système deltaïque, progradation de la ligne de côte), ainsi que par les interventions humaines qui ensemble ont mené à sa configuration actuelle. L’abondance des ressources naturelles, en particulier des ressources en eau, la localisation géographique et l’accessibilité de la plaine sont quelques-uns des facteurs qui ont favorisé un occupation stable et durable depuis le Paléolithique inférieur. Les populations qui se sont succédées au cours des époques historiques ont néanmoins dû faire face au caractère changeant et dynamique de la plaine, et en particulier à la force de l’eau, qui a représenté une ressource inestimable ainsi qu’un imprévisible danger. Les recherches menées en particulier dans le cadre du doctorat se concentrent sur l’étude de deux phases historiques cruciales dans le processus de formation de la plaine de Pise : l’époque romaine et l’époque médiévale. Les interventions réalisées lors de la colonisation augustéenne (Ier siècle av. J.-C.) ont transformé la plaine, modifiant en profondeur le paysage rural par la mise en œuvre d’une nouvelle planification agraire, la centuriation de Pise, qui structure encore significativement le réseau hydraulique, le réseau routier et le système urbain. L’étude du processus de transformation et de transmission du réseau orthogonal nécessite une analyse approfondie des facteurs qui, au cours des différentes phases historiques, l’ont rendu “ visible ”, surtout pendant la période médiévale caractérisée par le “ retour ” d’un pouvoir centralisé, celui de la Commune de Pise, capable d’exercer un plus grand contrôle sur le territoire et les ressources hydriques. La recherche vise à reconstituer les principales caractéristiques et les différentes phases d’évolution du paysage centurié au cours des siècles, ce qui implique une étude approfondie des dynamiques paléoenvironnementales et paléohydrographiques qui ont affecté le contexte de Pise avant même la colonisation romaine.Pour obtenir les résultats attendues, une approche méthodologique interdisciplinaire et diachronique a été utilisée, capable de saisir les facteurs naturels et anthropiques qui, au cours des siècles, ont conditionné ce processus “ constructif ”. La lecture morphologique des parcelles urbaines et agraires a permis la reconnaissance des formes d’organisation du paysage de Pise, en particulier de la grille centuriée et des phénomènes de transmission et de déformation de ses éléments constitutifs. L’intégration des données stratigraphiques, enrichis par une campagne de carottages menée en 2016 en collaboration avec d’autres universités italiennes, aux résultats de l’étude historique-archéologique, archivistique et planimétrique, a permis d’obtenir de nouveaux résultats sur l’évolution pedosédimentaire et paléohydrographique de la plaine pisane étudié et de formuler des nouvelles hypothèses sur le scénario paléogéographique à l’époque romaine et son évolution pendant les siècles suivants.Les études de surface et de sous-sol ont ainsi permis de reconstituer la relation existante entre le systèmede peuplement, les formes d’exploitation et de gestion des ressources, les transformations paléoenvironnementales et paléohydrographiques et les dynamiques morphologiques (modalités de transmission et/ou de transformation de la trame centuriée) dans la longue durée, montrant que la centuriation visible dans sa version “ la plus actuelle ” est le résultat d’un processus long et continu d’interaction homme-environnement. / The plain of Pisa, located in northwestern Tuscany, close to the Arno River’s delta, which flows into the Ligurian Sea near the town of Pisa after 241 km, is the result of different geomorphological processes (erosion, transport, accumulation). These are mainly conditioned by the fluvial and marine system (fluvial sedimentary accumulation, formation of the delta system, progradation of the coastline), as well as by human intervention, which together have led to its current formation. The abundance of natural resources, in particular water resources, the geographical location and the accessibility of the plain are some of the factors that have favoured a stable and lasting settlement since the Lower Palaeolithic. The populations that lived here over the course of the historical periods, however, had to face the changing and dynamic character of the plain, and in particular the force of the water, which represented an inestimable resource as well as an unpredictable danger. The research carried out during this PhD particularly focuses on the study of two historical phases that were crucial in the formation of the Pisa plain: the Roman and the medieval periods. The interventions carried out at the time of the Augustan colonization (I century BC) transformed the plain, impacting the rural landscape through the construction of a new agrarian system or the centuriation of Pisa, which still significantly structures the hydric network, the road network and the settlement system today. The transformation and transmission process of the orthogonal grid requires a developed analysis of the factors that have made it “visible” during different historical phases. This is especially true for the medieval period, which is characterised by the “return” of the Municipality of Pisa, a centralised power that was able to exercise greater control over territory and water resources. This research aims to reconstruct the main characteristics and the different evolutionary phases of the centuriated landscape over the centuries through the study of the palaeoenvironmental and palaeohydrographic dynamics that have affected Pisa even before Roman colonization.An interdisciplinary and diachronic methodological approach was applied in order to best identify and understand the natural and anthropic factors that have conditioned this “constructive” process over time. The morphological analysis of the urban and agrarian parcels allowed the recognition of the organisational forms of the Pisan landscape, in particular of the centurial grid and the phenomena of transmission and deformation of its constituent elements. The integration of the stratigraphic database (enriched by a coring campaign carried out in 2016 in collaboration with several Italian universities) with the historical-archaeological, archival and planimetric data has made it possible to obtain new results on the pedosedimentary and paleohydrographic evolution of the Pisan plain. It has also permitted us to propose new hypotheses on the paleogeography of the Roman period as well as its evolution over the centuries.Surface and subsoil surveys have made it possible to reconstruct the relationship between the settlement system, the forms of exploitation and management of resources, the palaeoenvironmental and palaeohydrographic transformations and the morphological dynamics (modes of transmission and/or transformation of the centurial grid) over the long term, demonstrating that the visible centuriation in its “most updated” version is the result of a long and continuous process of human-environment interaction.

Retracer l’histoire d’un bassin est un préalable essentiel à toute recherche d’hydrocarbures. Pour cela, on a recours à un modèle stratigraphique, qui simule l'évolution des bassins sédimentaires sur de grandes échelles de temps (millions d'années) et d'espace (centaines de kilomètres). Le logiciel Dionisos, développé à IFPEN depuis 1992 et très apprécié par les compagnies pétrolières, permet d’effectuer ce type de calculs en prenant en compte deux grands processus physiques : (1) le transport gravitaire des sédiments dû à l’inclinaison du sol ; (2) l’écoulement de l’eau provenant des fleuves et des précipitations. Le transport gravitaire est décrit par une équation de diffusion dans laquelle le flux de sédiments dépend de la pente du sol. Initialement, cette dépendance est linéaire. Pour mieux s’approcher des observations réelles, on souhaite la rendre non-linéaire par l’intermédiaire d’un p-Laplacien. Ce changement nécessite la conception d’une nouvelle méthode de résolution numérique, qui doit offrir non seulement une grande rapidité d’exécution, mais aussi des garanties de robustesse et de précision des résultats. De plus, elle doit être compatible avec une contrainte sur le taux d’érosion présente dans le modèle. L’ajout de l’écoulement de l’eau est aussi une sophistication récente du modèle physique de Dionisos. Il se traduit par l’introduction d’une nouvelle équation aux dérivées partielles, couplée à celle du transport. Là encore, il est important d’élaborer une stratégie de résolution numérique innovante, en ce sens qu’elle doit être à la fois performante et bien adaptée au fort couplage de ces deux phénomènes. L'objectif de cette thèse est de moderniser le cœur numérique de Dionisos afin de traiter plus adéquatement les processus physiques ci-dessus. On cherche notamment à élaborer un schéma implicite par rapport à toutes les inconnues qui étend et améliore le schéma actuel. Les méthodologies retenues serviront de base à la prochaine génération du calculateur. / An essential prerequisite to finding hydrocarbons is to trace back the history of a basin. To this end, geologists resort to a stratigraphic model, which simulates the evolution of sedimentary basins over large time scales (million years) and space (hundreds of kilometers). The Dionisos software, developed by IFPEN since 1992 and highly praised by oil companies, makes this type of calculation possible by accounting for two main physical processes: (1) the sediment transport due to gravity; (2) the flow of water from rivers and rains. The gravity transport is described by a diffusion equation in which the sediment flow depends on the slope of the ground. Initially, this dependence is linear. To better match experimental observations, we wish to make it nonlinear by means of a p-Laplacian. This upgrade requires to design a dedicated numerical method which should not only run fast but also provide guarantees of robustness and accuracy. In addition, it must be compatible with a constraint on the erosion rate in the present model. The water flow due to rivers and rains is also a recent enhancement brought to the physical model of Dionisos. This is achieved by introducing a new partial differential equation, coupled with that of sediment transport. Again, it is capital to work out an innovative numerical strategy, in the sense that it must be both efficient and well suited to the strong coupling of these two phenomena. The objective of this thesis is to rejuvenate the numerical schemes that lie at the heart of Dionisos in order to deal more adequately with the physical processes above. In particular, we look for an implicit scheme with respect to all the unknowns that extends and improves the current scheme. The methodologies investigated in this work will serve as a basis for the next generation of stratigraphic modelling softwares.

Les systèmes carbonatés lacustres salins présentent un fort potentiel d’enregistrement des changements paléogéographiques et paléoclimatiques. Ce manuscrit présente une méthode d’analyse pluridisciplinaire (sédimentologie, écologie, stratigraphie, paléontologie, géochimie et paléomagnétisme) et multi-échelle (µm au km) appliquée au bassin lacustre d’Alès et des régions limitrophes au cours du Priabonien (–38 à –33,5Ma). Cette approche a permis d’apporter de nouveaux éléments dans les reconstitutions paléoenvironnementales, paléogéographiques et paléoclimatiques du sud–est de la France au Priabonien. De nouveaux concepts sédimentologiques et stratigraphiques transposables à d’autres systèmes lacustres sont mis en avant. Enfin, les observations permettent de reconstituer, dans un cadre temporel bien contraint, l’histoire de la détérioration climatique précédant la limite Eocène–Oligocène qui correspond à la plus grande crise climatique de ces 50 derniers millions d’années. / Lacustrine carbonate systems are of great interest to record the paleogeographic and paleoclimatic changes. This manuscript provides a multi-disciplinary (sedimentology, ecology, stratigraphy, paleontology, geochemistry and paleomagnetism) and a multi-scale (from µm to km) analysis dedicated to the Alès Basin and the neighboring areas during the Priabonian (–38 to –33.5Ma). Such joint approach has already allowed us to bring new elements regarding the paleoecological, paleoenvironmental and paleoclimatic interpretations. New sedimentological ideas and stratigraphic concepts emerge and could be transposed to such saline lacustrine systems as analogues. Finally, the well-defined chronostratigraphic framework can be used to decipher the climatic deterioration recording prior to the Terminal Eocene Event at the Eocene–Oligocene boundary (the most profound climatic change of the past 50 million years.

Les systèmes sédimentaires turbiditiques présentent un double intérêt académique et industriel puisqu’ils constituent à la fois des archives des conditions environnementales et des réservoirs pétroliers potentiels. Parmi les nombreux paramètres contrôlant l’organisation sédimentaire de ces systèmes l’inclinaison de la pente continentale apparait être un paramètre majeur. L’analyse de l’influence de l’inclinaison de la pente et de ces variations sur l’hydrodynamique des écoulements sédimentaires et ainsi sur l’architecture des systèmes turbiditiques revêt un caractère crucial tant du point de vue académique que pétrolier. Ce travail s’appuie sur l’analyse haute résolution de données acoustiques (bathymétrie, imagerie multifaisceaux, sismique THR, sonar latéral) acquises sur la marge abrupte du Golfe de Gênes (Malisar, Fables, Prisme, Gelo) et de l’analyse d’un bloc de sismique 3D sur la marge abrupte Ivoirienne. Les accumulations turbiditiques des deux sites témoignent de processus de ségrégation des particules avec le piégeage des particules les plus grossières dans des structures en plunge pools, cyclic steps ou slope break deposits. L’étude fine de ces corps liés au ressaut hydraulique apporte ici un éclairage inédit sur la continuité des corps sableux à la transition canyon/lobe et permet ainsi de proposer un nouveau scénario de modèle réservoir. De plus l’analyse de ces deux zones d’études met en évidence l’impact direct de l’activité tectonique sur l’architecture des accumulations turbiditiques par la mise en place et le maintien d’une zone de rupture de pente où le phénomène de ressaut hydraulique peut perdurer au cours du temps. / Turbidite systems present both academic and industrial interests since they are archives of environmental conditions and potential oil reservoirs. Among many parameters controlling the sedimentary organization, the continental slope inclination appears to be a major parameter. The analysis of slope inclination’s and these variations on the hydrodynamic of sedimentary flows and thus on turbidite systems architecture is a crucial character for both academic and industrial interests. The Pliocene-Quaternary turbidite systems of the Gulf of Genoa and upper margin of the Ivorian Cretaceous develop on margins with steep slope profiles controlled by tectonic processes and are suitable and complementary items for the Study of turbidite sedimentation in context of abrupt margin. This work is based on the high-resolution analysis of acoustic data (bathymetry, multibeam imaging, seismic THR, sidescan sonar) acquired on the steep margin of the Gulf of Genova (Malisar, Fables, Prism, Gelo) and the analysis of a 3D seismic block on the Ivorian steep margin. Turbidite accumulations of two sites demonstrate particle segregation processes with trapping coarser particles into specific structures such as plunge pools and cyclic steps. The detailed study of these bodies related to hydraulic jump sheds a new light on the continuity of sand bodies in the transition canyon / lobe and allows the designing of a new reservoir model scenario. Further analysis of these two areas of study shows the direct impact of tectonic activity on the architecture of turbidite accumulations by establishing and maintaining a nick area where the phenomenon of hydraulic jump can be maintained over time.