Déformations multi-échelles des bassins intraplaques: le cas du Bassin de Paris

Multiscale deformation of intraplate basins: the case of the Paris Basin

• Auteur / Autrice : Stephen Brown
• Direction : Philippe Robion, Yves Missenard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers - Cergy
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEC - Laboratoire géosciences et environnement Cergy

Mots clés

Mots clés libres

Fabrique magnétique

Bassin parisien

Cénozoïque

Tectonique

Thermochronologie-U/Pb

Déformation multi-échelles

Cenozoic

Paris Basin

Multiscales deformation

Tectonic

U-Pb ages

Magnetic fabric

Résumé

La déformation des domaines intracontinentaux en réponse à la déformation aux limites des plaques tectoniques peut s'exprimer par : 1) un flambage d'échelle lithosphérique à l'origine d'épisodes de soulèvement ou de subsidence, 2) une déformation d'échelle régionale souvent associée à la réactivation de failles de socle héritées, 3) une déformation cassante sous forme de réseaux de microstructures (failles, veines et diaclases) avec une grande distribution spatiale mais une densité hétérogène. Dans le cas du Bassin parisien, l'un des bassins intracontinentaux les plus documentés au monde, le premier point a été abordé dès les premiers levers pour la cartographie géologique systématique au XIXème siècle, mais aussi par l'étude de la déformation des paléosurfaces continentales et l'architecture 3D des dépôts sédimentaires du Tertiaire. La fracturation a, quant à elle, été l'objet de plusieurs études dans les années 1970 à 2000, mais souvent très locales. Il résulte de ces études que bien que les déformations cénozoïques du Bassin parisien soient de faible ampleur (plis ouverts, failles à rejets limités…), elles traduisent le régime de contraintes qui s'exprime à l'échelle de la plaque ouest-européenne ; les variations des orientations des structures au cours du temps reflètent des changements géodynamiques aux limites de plaques. L'objectif de cette thèse est d'établir un modèle régional des déformations cénozoïques du Bassin parisien et d'intégrer ce modèle dans un contexte géodynamique plus large, intégrant les systèmes alpins, pyrénéens, et les rifts ouest européens. La réalisation de ce modèle synthétique reposera sur l'interprétation et la mise en cohérence de données structurales acquises à différentes échelles, depuis l'échelle régionale (lignes sismiques à interpréter), en passant par les observations de terrain jusqu'à la micro-échelle en laboratoire (micro-fracturation, anisotropies magnétique et acoustique et macles de la calcite). L'âge des structures tectoniques sera déterminé via la datation absolue de calcites syncinématiques par la méthode U/Pb couplée à une ablation laser (LA-ICPMS). Durant ce travail de thèse, le/la doctorant/e devra caractériser les relations (géométriques, génétiques, temporelles…) entre la fracturation, les déformations à grande échelle et les architectures de dépôts sédimentaires, grâce à une approche multi-échelle originale, microscopique à kilométrique, pour aboutir à une vision synthétique 3D du schéma structural du Bassin parisien au Tertiaire. Le caractère pluridisciplinaire de l'étude se justifie dans la complémentarité des différentes méthodologies utilisées qui permettra d'accéder efficacement à l'enregistrement de la déformation dans la pile sédimentaire. Les processus à l'origine de ces déformations seront confrontés à ce schéma structural 3D enrichi de nouvelles données géochronologiques. Ainsi, les questions de la réactivation des structures de socle et des déformations liées à un flambage lithosphérique seront abordées en replaçant ces données dans un cadre plus général à l'échelle de l'Europe de l'Ouest. Les liens unissant déformations intraplaques et déformations aux limites de plaque pourront ainsi être discutées.

The deformation of the intracontinental domains in response to the deformation at the limits of the tectonic plates can be expressed by: 1) buckling at lithospheric scale causing episodes of uplift and subsidence, 2) a deformation at regional scale, often associated with the reactivation of inherited basement faults, 3) a brittle deformation involving a networks of microstructures (faults, veins and diaclases) with a large spatial distribution but heterogeneous density. In the case of Paris Basin, wich is one of the most documented intracontinental basins around the world, the first point was tackled from the first surveys for systematic geological mapping in the 19th century, but also by studying the deformation of continental palaeosurfaces and the 3D architecture of the Tertiary sedimentary deposits. On the other hand, fracturing and brittle deformtion were the subject of several studies from the years 1970 to 2000, but often very local and sparse. It follows from these studies that although the cenozoic deformations of the Paris Basin are weak (open folds, faults with limited discharge ...), they reflect the stress regime which is expressed at the scale of the Western European plate and the variations in the orientations of structures over time mirroring geodynamic changes at the plate boundaries. The aim of this thesis is to establish a regional model of the Cenozoic deformations of the Paris Basin and to integrate this model in a wider geodynamic context, accounting the Alpine and Pyrenean systems and the western European rifts. The realization of this synthetic model will be based on the interpretation and consistency of structural data acquired at different scales, from the regional scale (seismic lines), the field observations to the micro-scale in the laboratory (micro-tectonic, magnetic and acoustic fabric and calcite twins analysis). The age of the tectonic structures will be determined via calcite fibers U-Pb ages by using in situ laser ablation (LA-ICPMS). During this thesis work, the doctoral student will have to characterize the geometric, genetic and temporal relationships between fracturing, large-scale deformations and architectures of sedimentary deposits. This will be made by using an original multi-scale approach, from micrometer up to kilometers, in order to produce at a 3D synthetic vision of the structural map of the Paris Basin in the Tertiary. The multidisciplinary nature of the study is justified by using complementarity methodologies that will allow access to the recording of the deformation through the sedimentary pile. The processes at the origin of these deformations will be confronted with this 3D structural diagram enriched with new geochronological data. The questions of the reactivation of the basement structures and the deformations linked to the lithospheric buckling will be approached by including these data in a more general framework at the scale of Western Europe. The links between intraplate deformations and deformations at the plate limits can thus be discussed.