Les systèmes carbonatés, anciens et actuels, se retrouvent au coeur d’enjeux économiques et sociétaux majeurs, notamment dans le domaine énergétique où ils représentent une part considérable des réserves prouvées de gaz et de pétrole. La présente thèse se focalise sur la plate-forme urgonienne Provençale (Barrémien supérieur–Aptien inférieur), analogue d’affleurement prouvé de réservoirs carbonatés du Moyen-Orient. Près d’une trentaine de coupes stratigraphiques, incluant notamment deux forages réalisés dans le cadre de ce travail, ont été considérées sur l’ensemble du domaine Provençal. La reconnaissance de surfaces d’émersion et d’ennoiement contraintes biostratigraphiquement permet d’appréhender régionalement l’évolution paléogéographique et l’architecture stratigraphique. Plusieurs phases de progradation en direction des bassins adjacents, entrecoupées d’épisodes de perturbation de la production carbonatée, sont identifiées en Provence. Un scénario stratigraphique comparable est proposé pour les plates-formes urgoniennes du Pourtour Vocontien. En Provence, la compartimentation réservoir de la plate-forme urgonienne est principalement contrôlée par le contexte séquentiel des dépôts qui induit une dualité entre des carbonates cimentés précocement et ceux préservant un certain espace poreux. Les règles géologiques définies dans cette étude 1) servent à la réalisation d’un modèle numérique 3-D destiné aux simulations des écoulements à l’échelle de l’aquifère karstique de Fontaine-de-Vaucluse, dont le débit à l’exutoire est classé au cinquième rang mondial, et 2) aident à la prédiction des hétérogénéités sédimentaires et pétrophysiques des systèmes carbonatés / The analysis of carbonate systems is at the heart of major economic and societal challenges, especially in the energy field since they represent significant oil and gas reserves. The present thesis focuses on the Urgonian Provence platform (upper Barremian–lower Aptian interval) which is considered as a valid outcrop analogue of middle East carbonate reservoirs. About thirty stratigraphic sections, including newly acquired cores, are considered throughout the Provence domain. The recognition of biostratigraphically constrained exposure and drowning surfaces enables us to restore the regional palaeogeographic evolution along with the stratigraphic architecture. Several phases of platform progradation toward the adjacent basins, interrupted by episodes of changes in carbonate production, are identified in Provence. A comparable stratigraphic scenario is proposed for the peri-Vocontian Urgonian platforms. In Provence, the reservoir compartmentalisation of the Urgonian platform is mainly controlled by the sequence stratigraphic context that induced a distinction between early cemented carbonates and those preserving part of their original porosity. The geological rules provided in this study 1) are implemented into a 3-D numerical model intended for fluid-flow simulations at the scale of the Fontaine-de-Vaucluse karstic aquifer, whose karst spring is the fifth largest in the world, and 2) help in predicting the sedimentary and petrophysical heterogeneities of carbonate systems

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Une analyse de données de sondeur multifaisceaux, de sondeur de sédiments (Chirp) et de sismique multitraces, présente la morphologie et la dynamique sédimentaire actuelle ainsi que l’évolution architecturale et stratigraphique du Néogène-Quaternaire opérant le long d’une marge leeward, au nord-ouest du Great Bahama Bank. L’analyse morpho-bathymétrique révèle un talus dominé par de la boue aragonitique, et une grande variété de structures sédimentaires, liées à des processus hydrodynamiques diversifiés. Les courants de density cascading associés aux courants de marée et aux vents d’est représentent les mécanismes de transports édimentaire dominant le long de la marge. La zone de Bimini présente localement un talus court et abrupt,stabilisé en bordure de plate-forme par une barrière récifale, ce qui limite l’export off-bank de sédiments.L’architecture stratigraphique montre une évolution complexe du talus au cours du Néogène. La fin du Paléogène est marquée par un talus continu aggradant détaché de la plate-forme par un escarpement sur faille. Ilpasse à un système très peu incliné de type slope-apron, attaché à la plate-forme au Miocène et se termine par un système en accrétion fortement incliné au Pléistocène. Bien que les dépôts de talus soient dominés par de la boue, ils présentent des variations latérales rapides du Sud au Nord tout au long du Néogène (< 30 km) avec la mise en place de tabliers turbiditiques, de nappes de débrites, et de larges Mass Transport Complexes. Ces faciès interagissent depuis le Langhien avec le Santaren Drift qui s’étend et migre progressivement le long du talus jusqu’à aujourd’hui. Le maximum d’empiétement des contourites se produit au Pliocène supérieur et coïncide avec une réorganisation océanographique globale ainsi que des changements climatiques majeurs dans l’hémisphère nord liés à la fermeture de la Central American Seaway. / An analysis of multi-beam echo sounder, sub-bottom profiler (Chirp) and multichannel seismic,highligths the present-day sedimentary dynamics and the Neogene-Quaternary architectural and stratigraphicevolution along the northwestern leeward margin of the Great Bahama Bank.The morpho-bathymetric analysis reveals an aragonite mud-dominated slope, and a broad spectrum ofsedimentary structures, related to various hydrodynamic processes. The density cascading currents associatedwith tidal currents and prevailing easterly winds correspond to the dominant transport mechanisms operatingalong the margin. The Bimini area displays a short and steep slope, stabilized at shelf edge by rimmed reefalbarrier, which constrains the off-bank export of materials.The stratigraphic architecture shows a complex evolution of the slope during the Neogene. The end ofthe Paleogene is marked by a continuous aggrading slope detached from the shelf by a fault escarpment. It passesinto a low angle slope-apron attached to the platform in the Miocene, and ends with an accretionary system witha steepened slope in the Pleistocene. Although the slope deposits are mud-dominated, they show rapid lateralvariations (< 30 km) from South to North throughout the Neogene with the establishment of turbidite aprons,debrite layers and large Mass Transport Complexes. These facies interact since the Langhian with the SantarenDrift which gradually extends and migrates along the slope until today. The maximum extent of the drift occursduring the upper Pliocene and coincides with a global oceanographic reorganization and major climate changesin the northern hemisphere, related to the closure of the Central American Seaway.

Cette thèse traite de la reconstruction d'hypersurfaces au sein de champs de normales en dimension quelconque et trouve des applications dans l’analyse des empreintes digitales (lignes dermiques), des images satellites météorologiques (lieux de turbulence) et astrophysiques (bras de galaxies) ainsi que dans l’analyse stratigraphique des images sismiques (horizons). Les méthodes développées s’appuient sur la minimisation d’une équation aux dérivées partielles non linéaire reliant une hypersurface au pendage déduit d’un champ de normales. Elles prennent en compte des contraintes diverses telles que des points de passages, des frontières, des bornes et des discontinuités. La contribution principale de la thèse réside dans l’introduction d’un changement d’espace du pendage qui permet de reconstruire aussi bien des hypersurfaces exprimées sous des formes implicites dans les repères de définition des champs de normales que des horizons sismiques de manière rapide et interactive. Deux schémas de reconstruction d’horizons sismiques unidimensionnels présentant une discontinuité d’amplitude et de lieu inconnus sont également proposés. / This thesis deals with the reconstruction of hypersurfaces from a finite-dimensional normal vector field. Application scopes can be found in the analysis of fingerprints (epidermal ridges), meteorological images (eddies and cyclones), astrophysical images (galaxy arms) and in the stratigraphic analysis of seismic images (horizons). The hypersurfaces are obtained by solving a non-linear partial derivative equation relied on the local dip deduced from a normal vector field. Several constraints such as boundaries, bounds, points belonging to the hypersurface or discontinuities can be considered.The major contribution of this thesis consists in a local dip transformation which allows to reconstruct implicit hypersurfaces as well as seismic horizons by a fast and interactive method. Two schemes dedicated to the reconstruction of discontinuous one-dimensional seismic horizons are also proposed when the discontinuity location and jump are unknown.

Le Golfe du Lion et le Bassin Provençal sont l’objet de recherche intensive à toute échelle de temps et d’espace. Cependant, les budgets sédimentaires et les mouvements verticaux depuis la formation de la marge étaient restés inconnus ou sources de controverses. Ce travail se propose d’aborder leur quantification à partir de l’interprétation de nombreux profils sismiques, d’après les concepts de stratigraphie sismique et séquentielle [Vail et al., 1977], complétée par des données de forages et de sismique réfraction, et validée par des modélisations stratigraphiques avec Dionisos [Granjeon and Joseph, 1999]. L’établissement d’une continuité stratigraphique entre le domaine de plate-forme et le bassin profond offre une vision complète du remplissage sédimentaire de la marge. Les repères stratigraphiques du Plio-Pléistocène (2.6 Ma, 1.6 Ma, 0.9 Ma et 0.45 Ma) ont en effet été corrélés jusqu’au pied de pente. Les jalons messiniens, établis lors des travaux précédents [Bache, 2008] ont également été étendus et précisés localement. La mise en évidence d’une nouvelle unité, interprétée comme les résidus de l’abrasion lors de la transgression mettant fin à la célèbre crise, permet d’apporter des arguments pour l’établissement d’un nouveau scénario de l’évènement [Bache et al., 2012a](soumis). Des lois de conversion en profondeurs (métriques) des différentes unités chronostratigraphiques ont ensuite été établies en 3D à partir de l’ensemble des données de forage et de réfraction (ESP) et appliquées pour chacune de nos unités. Les profondeurs de l’ensemble des jalons plio-pléistocènes et messiniens ont ainsi pu être cartographiées, ainsi que les épaisseurs de chacune des unités définies depuis le substratum jusqu’à l’actuel (1 au Miocène, 6 au Messinien, 5 au Plio-Pléistocène). Les épaisseurs et volumes sédimentaires déposés ont alors pu être quantifiés sur chaque intervalle stratigraphique. Les séries sédimentaires ont été par la suite décompactées et les volumes "vrais" de dépôts et flux sédimentaires recalculés. / The Gulf of Lions and the Provençal basin have been studied intensively at variable timescale. However, sedimentary budgets and vertical movements of the margin remained largely unknown. This work aims to quantify them using a large grid of seismic data and their interpretations with seismic and sequential stratigraphy concepts [Vail et al., 1977], correlations with existing drillings, refraction data and validation by numerical stratigraphic modeling with Dionisos [Granjeon and Joseph, 1999].A stratigraphic continuity of reflectors from the platform to the slope and to the deep basin has been established describing the architecture of the sedimentary filling of the entire margin. Plio-pleistocene stratigraphic markers (at 2.6 My, 1.6 My, 0.9 My and 0.45 My) have been correlated down to the foot of slope. The Messinian units underlined by previous studies [Bache, 2008] were also extended and/or detailed in specific areas. A new unit is described and interpreted as the residuals of the abrasion during the transgression which ended the famous messinian crisis. This allowed us to bring some new arguments for a new scenario of the event [Bache et al., 2012a](submitted). Drillings and refraction data led to 3D time-depths conversion laws for our chronostratigraphic units. We were therefore able to produce all the Plio-Pleistocene and Messinian maps in meters as well as the thickness maps of all units defined above the substratumuntil today (1 for the Miocene, 6 for the Messinian, 5 for the Plio-Pleistocene). The thicknesses and the sedimentary volumes were then quantified for every stratigraphic intervals. After decompaction, "true" volumes of deposits as well as sedimentary fluxes were therefore recalculated.

Le Golfe du Lion a fait l'objet de nombreuses explorations depuis les débuts de l'Océanographie. Pourtant, plusieurs questions clefs n'ont pas été résolues et sont toujours l'objet de controverses. Quels sont les mécanismes de dépôts ? Quelle est la durée des séquences enregistrées ? Quelle est la relation entre les séquences sédimentaires, les cycles glacioeustatiques quaternaires et la tectonique ? <br />La zone d'étude d'environ 40 x 40 km est située à la charnière de la plate-forme externe et du haut de pente, dans la partie occidentale du Golfe, au large du Languedoc, où la plate-forme atteint 70 km de large. La base de données est constituée 1) d'un levé sismique Très Haute Résolution (Sparker) dense (espacement de 400 à 1000 m) et 2) d'une dizaine de carottages atteignant 10 m de longueur. L'approche retenue comprend un volet analytique des données géologiques (interprétation des profils sismiques et des carottes par Stratigraphie Sismique et Séquentielle) et un volet de modélisation géométrique et stratigraphique permettant de caractériser, de quantifier et de simuler les séquences sédimentaires reconnues. Cette double approche analytique et modélisatrice, menée de façon concomitante, permet des allers-retours entre la donnée d'origine, le modèle géologique, la valeur des paramètres et les simulations stratigraphiques qui testent plusieurs scenarii géologiques. <br />L'analyse des géométries 3D permet de dégager un motif élémentaire de dépôt constitué par un couple de prismes PI (à clinoformes faiblement pentus <1° déposés en amont de la plate-forme) et PII (à clinoformes fortement pentus d'environ 4 ° déposés en aval de la plate-forme). Ce motif de dépôt, fondamentalement horizontal, est récurrent et sert à la hiérarchisation des unités sismiques en grandes séquences de dépôt. Il correspond à l'enregistrement d'un cycle glacioeustatique de 100 000 ans (interglaciaire-glaciaire) : le prisme PI correspond aux dépôts prodeltaïques de « haut à moyen niveau marin » ; le prisme PII, aux dépôts littoraux de plus bas niveau du maximum glaciaire du cycle. Cette interprétation rejoint celle proposée par Aloïsi en 1986. Au total, cinq séquences correspondant aux cinq derniers cycles glacio-eustatiques sont donc enregistrées sur la plate-forme occidentale du Golfe du Lion. La base des séries étudiées remonte à 540 000 ans (stade isotopique 12). Les cycles très courts (20 000 ans ou moins) ne sont pas clairement exprimés dans les géométries de dépôt. Les conditions hydrodynamiques exercent un contrôle sur les géométries des séquences de dépôts qui peut brouiller ou effacer l'empreinte des cycles climatiques dans les séquences sédimentaires. Les canyons de l'Aude et de l'Hérault sont globalement inactifs pendant les hauts niveaux marins. Pendant les bas niveaux, leur fonctionnement est variable (transport, érosion et dépôt). <br />Les simulations stratigraphiques et la restitution des couples de prismes observés et exceptionnellement bien préservés dans cette zone du Golfe du Lion donnent une signification géologique et valident la transformation « simple » des courbes isotopiques O18/O16 en courbes eustatiques. Cette étude donne aussi la première quantification du taux de subsidence moyenne (totale) de la plate-forme du Golfe du Lion pendant le Pléistocène supérieur à moyen (540 ka). La subsidence prend la forme d'un basculement vers le large qui atteint 250 m/Ma à 70 km de la côte actuelle (en bordure de plate-forme). On a calculé, à partir des géométries visibles sur les profils sismiques pétroliers, un taux de subsidence identique sur l'ensemble du Plioquaternaire ; le taux de subsidence est donc constant depuis 5,3 Ma, il ne crée pas de séquence mais permet la préservation, l'empilement et la reconnaissance des séquences glacioeustatiques successives.

La marge algérienne est un domaine complexe, bordé au sud par les zones internes des Maghrébides (AlKaPeCa) qui chevauchent les zones externes telliennes vers le sud. La partie offshore de ce système constitue un bassin d‘arrière arc où s‘est déposée une série sédimentaire mio-pliocène reposant sur un substratum de nature et d‘origine variables spatialement. L'objectif de ce travail a consisté à analyser et modéliser le fonctionnement des systèmes pétroliers et à quantifier les volumes d‘hydrocarbures accumulés. Avant de procéder aux différentes modélisations numériques, stratigraphiques et thermiques, un modèle géologique conceptuel a été élaboré sur la base des données de géologie de terrain et de sismiques. La continuité terre- mer du socle kabyle a permis une extrapolation stratigraphique entre des formations oligo-miocènes en affleurement et les unités acoustiques définies dans le bassin offshore. L‘analyse tectonique dans les deux domaines a abouti à une évolution en trois phases : (1) syn-rift où le bassin a été ouvert en transtension à partir de l‘Oligocène supérieur-Aquitanien, (2) phase post-rift durant laquelle il y a eu le développement des bassins intra-arcs, la collision AlKaPeCa- Afrique et le magmatisme, (3) phase d‘inversion où la marge devient active essentiellement à partir du Quaternaire. En définissant l‘ensemble des éléments des systèmes pétroliers avec des incertitudes variables, la simulation du fonctionnement de ces derniers par modélisation de bassin 2D/3D a montré des possibilités d‘accumulation d‘huile et de gaz majoritairement près de la marge, entre 20 et 65 km de la côte avec un maximum de portée de 70 km dans le golfe de Bejaia. / The Algerian margin is a complex domain, limited to the south by the Maghrebian internal zones (AlKaPeCa) that overthrust the external Tellian zones southward. The offshore part of this system constitutes a back-arc basin, where a mio-pliocene sedimentary series were deposited over a substratum of laterally variable origin and nature. The goal of the present work consisted in analyzing and modelling the petroleum system at work and calculating hydrocarbon volumes. Before proceeding to different numerical basin, stratigraphic and thermal modelling, a conceptual geological model is required and was performed based on field geological studies and stratigraphic and structural interpretations of the seismic profiles. The extension of the continental crust beyond the foot of the margin, allows determining a chronostratigraphic model by extrapolation of the outcroping oligo-miocene formations onshore to the acoustic pre-messinian units defined in the offshore basin. Besides, a tectonic analysis in both onshore and offshore domains gave rise to three main steps of evolution: (1) syn-rift phase where the basin was opened by transtension since Late Oligocene- Aquitanian, (2) post-rift phase in which intra-arc basins were developed, AlKaPeCa and Africa docked and magmatism activity took place, (3) inversion phase where the margin became active mainly since Quaternary times. After defining the different petroleum system elements taking into account variable uncertainties, the 2D/3D petroleum system model depicts possibilities of oil and gas accumulations mainly close to the margin, between 20 to 65 km from the coastline to the north with a maximum range of 70 km in the Bejaia Gulf.