Impacts de la structuration pyrénéenne et alpine sur la transgression et la sédimentation carbonatée nummulitique en contexte d’avant-pays

Impacts of Pyrenean and Alpine tectonics on transgression and nummulitic carbonate sedimentation in a foreland basin

• Auteur / Autrice : Caroline Van de Vyver
• Direction : Cédric Carpentier, Mary Ford
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 26/02/2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Henri Blard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Carpentier, Mary Ford, Anneleen Foubert, Pierre Henry, Philippe Sorrel, Arjan De Leeuw
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anneleen Foubert, Pierre Henry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phase pyrénéenne (géologie)

Cycle alpin (géologie)

Alpes-de-Haute-Provence (France)

Bassins (géologie)

Paléogéographie

Pétrologie structurale

Sédimentologie

Paléogène

Carbonates

Mots clés libres

Carbonates

Sédimentologie

Géologie structurale

Paléogéographie

Terrain

Cartographie

Carbonates

Structural geology

Sedimentology

Field work

Paleogeography

Geological mapping

Résumé

Le bassin d'avant-pays est une dépression flexurale générée en périphérie du prisme orogénique lors de la collision entre deux plaques lithosphériques. La phase initiale de sous-alimentation est caractérisée par des faciès déposés le long d'un profil de rampe carbonatée, évoluant depuis des calcaires peu profonds à des marnes hémipélagiques puis des turbidites gréseuses marines profondes. Au premier ordre, l'évolution de cette séquence, des faciès et de la géométrie de chacune de ses formations est contrôlée par la flexure de la plaque lithosphérique sur laquelle se forme le bassin d'avant-pays. Cependant, d'autres facteurs globaux (i.e. eustatisme, climat, taux de migration du prisme orogénique) et locaux (i.e. apports détritiques terrigènes, héritage structural et topographique, structuration syn-sédimentaire) peuvent influencer les caractéristiques des dépôts transgressifs marins. Cette thèse a pour objet l'étude des Calcaires Nummulitiques dans l'Arc de Castellane, au sud-est de la France et en Corse. En Corse, les sédiments syn-orogéniques permettent de caractériser l'influence de différents facteurs de contrôle d'échelle variable sur l'installation de la transgression d'avant-pays et du remplissage initial du bassin. Le bassin d'avant-pays est structuré par l'existence d'un paléorelief cristallin sur la moitié ouest de l'île qui limite la migration de la transgression marine dans les premières étapes de son évolution. Ce relief, probablement lié la phase orogénique pyrénéenne, est la source des conglomérats observés à la base de la série éocène dans la partie nord du bassin et alimente également les carbonates en matériel silicoclastique. Dans les zones d'apports terrigènes, la faible production carbonatée est à l'origine des faibles épaisseurs observées ou de l'absence des Calcaires Nummulitiques. Ces nouvelles observations et interprétations permettent de proposer des modèles de faciès et cartes paléogéographiques à l'échelle de la Corse qui illustrent la formation et l'évolution de son bassin d'avant-pays. Le modèle construit, intégré aux reconstructions paléogéographiques à grande échelle, permet de contraindre les limites sud du bassin d'avant-pays alpin en Corse. L'Arc de Castellane, second objet d'étude, enregistre quant à lui l'empreinte des déformations pyrénéo-provençales précédant la formation du bassin d'avant-pays alpin. Cette étude permet de discriminer la part des contrôles liée à un héritage structural pyrénéen de ceux associés une déformation syn-sédimentaire alpine. Les résultats montrent que dans l'Arc de Castellane, la mise en place des Calcaires Nummulitiques est contrôlée au premier ordre par la flexure de la lithosphère et les variations eustatiques. A plus haute résolution, pendant la transgression, les zones de points hauts correspondant aux anticlinaux pyrénéo-provençaux enregistrent la mise en place de constructions coralliennes alors que la production carbonatée dans le reste du bassin est dominée par les grands foraminifères benthiques. Les zones d'apports terrigènes qui ont impacté les faciès sédimentaires pendant le dépôt des carbonates se superposent aux vallées infra-nummulitiques. Les corrélations séquentielles effectuées entre les flancs des synclinaux associées aux géométries de croissance observées sur le terrain permettent de mettre en évidence des déformations compressives alpines qui ont en partie contrôlé les géométries et les distributions de faciès dès le début de la transgression marine.

The foreland basin is a flexural depression generated at the periphery of the orogenic wedge during the collision of two lithospheric plates. The initial underfilled phase is characterised by facies deposited within a carbonate ramp, evolving from shallow limestones to hemipelagic marls and deep marine sandy turbidites. At a first-order scale, the evolution of this sequence, its facies, and the geometry of each of its formations is controlled by the lithospheric flexure of the plate on which the foreland basin forms. However, other global factors (e.g., eustasy, climate, orogenic wedge migration rate) and local factors (e.g., terrigenous sediment supply, structural and topographic inheritance, syn-sedimentary structuring) may influence the characteristics of transgressive marine deposits. This PhD focuses on the study of Nummulitic Limestones in the Castellane Arc in southeastern France and Corsica. In Corsica, syn-orogenic sediments allow to characterise the influence of various controlling factors at different scales on the establishment of the foreland transgression and the initial infill of the basin. The foreland basin is controlled by the presence of a crystalline paleorelief in western Corsica which limits the migration of the marine transgression during its early stages of evolution. This relief, probably related to the Pyrenean orogeny, is the source of the conglomerates observed at the base of the Eocene series in the northern part of the basin and also contributes to the input of siliciclastic material to the carbonates. In areas with significant terrigenous input, the low carbonate production results in the low thicknesses or absence of the Nummulitic Limestones. These new observations and interpretations enable the proposal of facies models and paleogeographic maps for Corsica illustrating the formation and evolution of its foreland basin. The constructed model, integrated into large-scale paleogeographic reconstructions, helps to constrain the southern limits of the Alpine foreland basin in Corsica. The Castellane Arc, second focus of this study, records the impact of Pyrenean-Provençal deformations that preceded the formation of the Alpine foreland basin. This study discriminates between controls related to Pyrenean structural inheritance and those associated with Alpine syn-sedimentary deformation. Results indicate that in the Castellane Arc, the development of Nummulitic Limestones is primarily controlled by lithospheric flexure and eustatic variations. At a higher resolution, during the transgression, topographic highs corresponding to Pyrenean-Provençal anticlines record the development of coral constructions, while carbonate production in the rest of the basin is dominated by large benthic foraminifera. Areas of terrigenous input that influenced sedimentary facies during carbonate deposition overlap with pre-Nummulitic valleys. Sequential correlations conducted between the flanks of synclines, combined with growth structures observed in the field, highlight Alpine compressive deformations that partly controlled the geometries and facies distributions from the beginning of the marine transgression.