Traçage des sédiments dans les séries syn-orogéniques du bassin d'Aquitaine

Sediment routing in the syn-orogenic series of the Aquitaine basin

• Auteur / Autrice : Stéphane Mustafa Al Reda
• Direction : Jocelyn Barbarand, Cécile Gautheron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre solide : géodynamique des enveloppes supérieures, paléobiosphère
• Date : Soutenance le 30/06/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2004-....) - Centre scientifique et technique Jean Féger (Pau) - Bureau de recherches géologiques et minières (1959-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Sarda
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andrew Carter, Frédéric Mouthereau, Raphaël Pik, Frédéric Christophoul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrew Carter, Frédéric Mouthereau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corbières (France ; massif)

Conglomérat (géologie)

Sédimentologie

Géochronologie

Thermochronologie

Mots clés libres

Routage des sédiments

Géochronologie

Thermochronologie basse température

Corbières

Sediment routing

Geochronology

Low temperature thermochronology

Corbières region

Résumé

La dynamique de formation d’une chaîne de montagne peut être reconstruite à partir de l’étude des bassins réceptacles des produits d’érosion. Les travaux présentés ont été réalisés dans la partie orientale du Bassin d’Aquitaine (Corbières), à partir de l’étude de la série de Palassou. Ces sédiments, en majorité conglomératiques, traduisent une phase d’érosion majeure des reliefs, accompagnant la continentalisation des bassins au cours de l’Yprésien et la période de raccourcissement principal de l’orogenèse pyrénéenne. Trois unités tectono-stratigraphiques ont été défini dans cette série : l’unité 1 - Yprésien supérieur-Lutétien – caractérisée par la présence de galets Méso-Cénozoïques, l’unité 2 – Bartonien – caractérisée par la présence des galets de socle et l’unité 3 – Priabonien- caractérisée par la présence à nouveau de galets Méso-Cénozoïques. L’objectif de cette thèse est de comprendre le mode de remplissage du bassin d’avant-pays nord pyrénéen et son évolution au cours de l’Éocène. Ceci permettra d’appréhender la formation des reliefs à l’intérieur de la chaîne et de caractériser les différentes sources d’apport. Trois approches ont été utilisées pour reconstruire le routage des sédiments dont la première est l’étude sédimentaire et la caractérisation des environnements de dépôts des deux premières unités. Les résultats obtenus montrent l’identification de quatre séquences de remplissage sédimentaire dans l’unité 1, dont l’essentiel s’est déposé dans le synclinal de Talairan jusqu’à son débordement au cours du dépôt de la troisième séquence. Ceci amène à interpréter le synclinal de Talairan comme un bassin en piggy back. La deuxième approche est la thermochronologie basse température appliquée sur des clastes de granites issus de l’unité 2. Les résultats de traces de fission sur apatite montrent des âges plus jeunes d’est en ouest alors que les résultats de (U-Th-Sm)/He sur apatite montrent une dispersion des âges. La modélisation thermique de ces résultats indique un réchauffement post-Bartonien, traduisant une série sédimentaire plus épaisse au moment du dépôt puis partiellement érodée. La phase d’érosion est estimée comme pré-Langhienne suite aux résultats de modélisation thermique et des contraintes stratigraphiques. La troisième approche utilisée au cours de cette thèse est la datation U/Pb sur zircon. Des échantillons de matrice de conglomérat ainsi que des galets de granite issus des trois unités ont fait l’objet d’étude par cette approche. Les résultats obtenus montrent un signal Varisque majeur. Ils ont été couplés avec des analyses Raman et des directions de paléo-courant mesurés afin de caractériser les sources des sédiments pour chaque unité. Les dépôts de l’unité 1 sont issues de la Zone Nord Pyrénéenne. Les dépôts de l’unité 2 ont comme source la Zone Axiale des Pyrénées alors que les dépôts de l’unité 3 présentent un spectre d’âges assez large dont la source est la partie orientale et centrale des Pyrénées. Ces résultats ont permis de reconstruire le cheminement des sédiments dans les Corbières au cours de l’Éocène.

Characterizing the evolution of the syn-orogenic sediment routing system improves our understanding of the development of mountain belts. The North Pyrenean foreland basin evolved from underfilled to overfilled during the Eocene time. The deposited syn-orogenic conglomerate, known as Palassou series, recorded the exhumation and the denudation of the mountain belt. Three tectono-sedimentary units with different facies characteristics, lateral extension and petrographic content have been identified in the Corbières region (east of the Aquitaine Basin): The first unit - late Ypresian-Lutetian - contains clasts from the Meso-Cenozoic sedimentary cover; the second unit -Bartonian – contents are of magmatic and metamorphic origin clasts and the third unit - Priabonian – contents are similar to the first unit. Clasts origins and sediment routing from source to sink are poorly constrained. This thesis is focused on the understanding of the infilling of the Corbières region during the Eocene. Multiple approaches have been combined together to reconstruct the sediment routing system during this time. The characterization of the depositional environments for the unit 1 has led to the definition of four sequences of sediment infilling that overfilled the Talairan syncline (southern Corbières) and contribute to the exportation of sediments westward. Analysis showed that the Talairan syncline was acting as a piggy-back basin during the deposition of the unit 1 sediments. Low temperature thermochronology data obtained for granite clasts from the unit 2 showed apatite fission track ages more recent from east to west and dispersed AHe ages. Inverse thermal history modelling indicates that the Corbières region experienced a post-deposition (post-Bartonian) kilometric burial and a subsequent Miocene exhumation characterized by erosion of detrital sediments. Zircon U/Pb geochronology applied for conglomerate matrix and granite clasts from the units 1, 2 and 3 allowed the identification of the source areas of the deposited sediments. Most of the obtained ages are Variscan. Results are coupled to Raman spectroscopy analysis and paleocurrent measurements in order to determine the drainage area for each unit. The unit 1 sediments are fed from the North Pyrenean Zone. The unit 2 sediments are sourced from the Axial Zone and the unit 3 sediments show multiple sources from the eastern and central Pyrenees. Obtained results allowed the reconstruction of the sediment routing system in the Corbières basin during the Eocene.