Reconstitutions paléoenvironnementales et paléoclimatiques en contexte tardi-orogénique : cas des bassins fini-carbonifères à permiens du nord-est du Massif central, France

Palaeoenvironmental and palaeoclimatic reconstitutions in late-orogenic setting : the end-Carboniferous to Permian basins of the north-eastern Massif Central France

• Auteur / Autrice : Mathilde Mercuzot
• Direction : Sylvie Bourquin, Anne-Catherine Pierson-Wickmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 09/10/2020
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Rennes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paléoclimatologie

Paléoenvironnement

Permien

Carbonifère

Mots clés libres

Carbonifère

Permien

Paléoenvironnements

Paléoclimats

Carbone

Carboniferous

Permian

Palaeoenvironment

Palaeoclimate

Carbon

Résumé

La période fini-paléozoïque est l'époque de grands changements géodynamiques, matérialisés par la fin de l'accrétion de la Pangée et le début de son démantèlement, et une transition climatique majeure d'un climat icehouse à greenhouse sur une Terre présentant une biosphère présentant une structuration quasi-analogue à l'actuelle. Étant donné ces grandes modifications, des changements paléoenvironnementaux sont observés dans les bassins sédimentaires tardi-orogéniques fini-carbonifères à permiens, notamment en Europe de l'Ouest, et particulièrement en France, au nord-est du Massif central, relique de l'orogenèse varisque. Aujourd'hui, ces bassins sont difficiles à étudier du fait de leur préservation incomplète, et sont essentiellement disponibles via des données de subsurface, avec de rares affleurements. De plus, le cadre géochronologique dans lequel ils s'inscrivent est peu contraint. Ce travail de thèse s'est donc proposé dans un premier temps de réévaluer l'ensemble des données disponibles : la première étape a été de préciser le cadre géochronologique des séries préservées afin de replacer précisément ces bassins dans leur contexte géodynamique via des datations U-Pb sur des niveaux de cendres volcaniques altérées. Les résultats fournissent des âges centrés sur la limite Carbonifère-Permien et sur le début du Permien. Le cadre sédimentologique a ensuite été précisé, mettant en évidence la présence de dépôts essentiellement subaquatiques (lacustres et deltaïques) et parfois subaériens (plaines d'inondation) avec des dépôts de charbon et de matière organique bien préservés, soulignant un contexte climatique relativement humide. Une étude plus poussée sur la matière organique a permis de préciser les environnements de dépôt et de mettre en évidence des modifications locales dans les cycles du carbone et de l'azote. La caractérisation minéralogique des assemblages argileux a souligné des changements locaux du régime de précipitations au cours du temps. Enfin, une étude cyclostratigraphique ayant pour but de préciser le cadre temporel haute-fréquence a permis également de souligner un rôle plus global du climat dirigé par les cycles astronomiques, permettant de mieux comprendre les processus de remplissage des bassins et de les replacer dans un cadre climatique de plus grande échelle. Nous disposons donc maintenant de coupes de référence pour la transition Carbonifère-Permien en domaine continental d'Europe de l'Ouest, étudiées par une méthode multi-proxies dont l'intégration des résultats nous permet d'approcher des conditions environnementales et climatiques d'échelle locale, voir globale.

The end of the Palaeozoic is witness to major internal and external geodynamic modifications, materialised both by the end of the accretion of Pangaea and the beginning of its dismantling, and by a major climatic transition, from an icehouse to a greenhouse mode on a vegetated Earth, with a structuring of the biosphere analogous to the present one. Given these major modifications, palaeoenvironmental changes are recorded in the late Carboniferous to Permian late-orogenic sedimentary basins, such as in Western Europe, and particularly in France, in the north-eastern part of the Massif Central, constituting a remnant of the Variscan orogeny. At present, these basins are difficult to study because of their incomplete preservation, and are mainly available through subsurface data, with rare outcrops. In addition, the geochronological framework in which they occur is relatively unconstrained. This work aims at re-evaluating all available data: the first step was to improve the geochronological framework of the sedimentary series by U-Pb dating on altered volcanic ash layers interbedded in siliciclastic sediments, in order to accurately place these basins in the geodynamic context. Obtained ages are centered on the Carboniferous-Permian boundary and the early Permian. The sedimentological setting was then clarified, highlighting mainly subaquatic (lakes and deltas) and sometimes subaerial deposits (floodplains), with well-preserved coal and organic matter-rich levels, indicating a relatively humid climate. A more developed study on organic matter clarified the depositional environment evolution and highlighted local perturbations in carbon and nitrogen cycles. Mineralogical characterisation of clay assemblages highlighted local variations in continental runoff over time. Finally, to characterise the high-frequency temporal framework, a cyclostratigraphic study was carried out, highlighting an astronomical-cycle control on the sedimentation, placing basin filling processes in a larger-scale climatic setting. Reference sections are now available for the Carboniferous–Permian transition in the Western European continental realm, studied using a multi-proxy approach, the results of which reflect local to global-scale palaeoenvironmental and palaeoclimatic conditions.