Processus sédimentaires et dépôts de sediment waves en domaine marin profond : aperçus des analogues modernes et anciens

Sedimentary processes and deposits of deep-water sediment waves : insights from modern and subsurfaces analogues

• Auteur / Autrice : Séverine Russo
• Direction : Thierry Mulder
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géologie sédimentaire, paléocéanographie, climatologie
• Date : Soutenance le 08/11/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Babonneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Migeon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elda Miramontes García, Matthieu Cartigny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbidites

Géologie sous-marine

Structures sédimentaires

Mots clés libres

Sediment waves

Domaine marin profond

Ecoulements gravitaires

Systèmes turbiditiques

Systèmes mixtes

Transformation d'écoulements

Turbidites

Sediment waves

Deep-Water

Gravity flows

Turbiditic systems

Mixed systems

Flow transformation

Turbidites

Résumé

Les sediment waves sont des structures sédimentaires omniprésentes sur les fonds marins actuels et passés, suscitant un intérêt scientifique croissant tant dans le domaine académique qu’industriel. Ce travail s’appuie sur l’analyse de données sismiques 3D et de puits en Côte d’Ivoire et au Sénégal, ainsi que sur l’analyse de données sismique 2D et de carottes sédimentaires en Nouvelle-Zélande. Grâce à ces études, les sediment waves présentes en milieu marin profond ont pu être décrites et classifiées en trois types : 1. Sediment waves présentes sur les levées d’axes rectilignes à remplissage cohésif (debris flow). Leurs longueurs d’onde sont comprises entre 1 et 6 km. Elles atteignent des hauteurs comprises entre 10 et 70 m. 2. Sediment waves non confinées présentes sur la pente continentale et le pied de pente continentale. Leurs longueurs d’onde sont comprises entre 600 m et 3.5 km. Elles atteignent des hauteurs comprises entre 10 et 30 m. 3. Sediment waves présentes sur les levées de chenaux turbiditiques. Leurs longueurs d’onde sont comprises entre 1 et 3 km. Elles atteignent des hauteurs comprises entre 8 et 26 m. L’ensemble de ces études a permis de mieux comprendre les processus de formation de ces structures sédimentaires. Elles sont formées par des courants de turbidité non confinés, chargés en sédiments et capables d’osciller entre un régime supercritique et subcritique, contrôlés par un ressaut hydraulique. Elles sont considérées comme des cyclic steps dépositionnels. L’analyse des sediment waves présentes dans le système mixte en Nouvelle-Zélande n’a pas permis de mettre en évidence un impact direct et majeur des courants de contour sur la formation et la morphologie des sediment waves. L’analyse de données publiées dans ces contextes contouritiques ou mixtes, à la lumière des résultats de ces travaux de thèse, suggère qu’au moins une partie des sediment waves décrites dans ces contextes est plutôt liée à des courants de turbidité non confinés. Le contenu lithologique des sediment waves a également été documenté grâce à l’analyse de carottes sédimentaires et de puits. Ces études révèlent que les sediment waves dans le milieu marin profonds sont constituées de séquences turbiditiques argilo-silteuses avec une faible teneur en sable (moins de 30 %). Basé sur une compilation bibliographique, les sediment waves présentes sur la plateforme continentale, ayant des mesures morphométriques plus petites que celles présentes en domaine marin profond (λ < 1 km; h < 10 m), semblent être plus riches en matériel sableux. Cette étude a également permis de mettre en évidence l’impact que les sediment waves peuvent avoir sur la sédimentation turbiditique en capturant topographiquement des systèmes sableux chenalisés et/ou lobés dans les dépressions qu’elles génèrent. En raison de leur lithologie fine, les sediment waves peuvent constituer un piège stratigraphique fonctionnel pour les objets sédimentaires turbiditiques sableux qu’elles recouvrent stratigraphiquement et/ou piègent dans leurs creux. Cependant, leur morphologie induit une architecture et une définition spatiale complexes du réservoir, pouvant réduire son potentiel prospectif.

Sediment waves are ubiquitous sedimentary figures found on both present and past seabeds, generating growing scientific interest in both academic and industrial fields. This study relies on the analysis of 3D seismic and wells data from Ivory Coast, Senegal, as well as the analysis of 2D seismic data and sediment cores in New Zealand. Through these studies, sediment waves present in deep marine environments have been described and classified into three types : 1. Sediment waves present on the levees of rectilinear axes, filled by cohesive material (debris flows). Their wavelengths range from 1 to 6 km. They reach heights ranging from 10 to 70 m. 2. Unconfined sediment waves present on the continental slope and the continental rise. Their wavelengths range from 600 m to 3.5 km. They reach heights ranging from 10 to 30 m. 3. Sediment waves present on the levees of turbiditic channels. Their wavelengths range from 1 to 3 km. They reach heights ranging from 8 to 26 m. These studies have allowed for a better understanding of the sediment waves formation processes. They are formed by unconfined, sediment-laden turbidity currents capable of oscillating between supercritical and subcritical flow regimes, controlled by a hydraulic jump. They are considered to be depositional cyclic steps. The analysis of the sediment waves present in the mixed system in New Zealand did not reveal a direct and significant impact of contour currents on the formation and morphology of the sediment waves. The analysis of published data in these contouritic or mixed contexts, in light of the results of this thesis, suggests that at least some of the sediment waves described in these contexts are more likely related to unconfined turbidity currents. Their lithological content has also been documented through sediment core analysis. These studies reveal that sediment waves consist of clay-silt turbidite sequences with a low sand content (less than 30 %). Based on a bibliographic compilation, the sediment waves present on the continental shelf, with morphometric measurements smaller than those in the deep marine domain (λ < 1 km; h < 10 m), seem to be richer in sandy material. This study has also highlighted the impact that sediment waves can have on turbiditic sedimentation by topographically trapping channeled and/or lobed sandy systems in the depressions they generate. Due to their fine lithology, sediment waves can constitute a functional stratigraphic trap for sandy turbiditic sedimentary bodies they stratigraphically cover and/or trap in their troughs. However, their morphology induces a complex reservoir architecture and spatial definition, which can reduce its prospective potential.