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Au travers de cette thèse, nous souhaitons investiguer le lien existant entre la géodynamique,
la dynamique des bassins, les équilibres de phase dans le manteau, et la présence de CO2
dans les bassins sédimentaires. Le couplage de ces trois processus n'a jamais été tenté, alors
que des outils numériques existent pour la prise en compte de chacun individuellement. Les
codes thermodynamiques actuels permettent de prendre en compte les déséquilibres de
phase dans le manteau, en réponse aux perturbations en pression et température liés à
l'extension lithosphérique. Cependant, les conséquences géochimiques de ces déséquilibres
sont mal contraintes. Les objectifs de cette thèse sont de:
1. Investiguer les réactions dans le manteau susceptibles de générer du C libre dans la
croûte du fait le l'amincissement crustal (approche thermodynamique et
expérimentale).
2. Mettre au point le couplage de codes géodynamiques et thermodynamiques afin de
déterminer les flux potentiels en carbone sur des cas synthétiques d'extension
lithosphérique.
3. Quantifier à l'aide de données géochimiques et à l'aide des outils numériques les flux de
carbone issus du manteau dans le cas des rifts cénozoïques européens. Comparer ces
deux méthodes et définir la faisabilité et la pertinence de l'approche numérique.
Le doctorant bénéficiera des compétences et des équipements de groupes de recherche de
pointe en géodynamique (IFPEN, Paris 6), en thermodynamique HPHT (Paris 6-Université de
Washington State), et en géochimie des espèces volatiles (IFPEN, IPGP).

 

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des systèmes pétroliers permettent de simuler leur remplissage sédimentaire (e.g.
DionisosFlow) et tester divers scenarii sur leur évolution spatio-temporelle (e.g. TemisFlow).
Néanmoins, lorsque des zones de déformations complexes existent dans un bassin donné, la
migration des fluides peut y être affectée par la nature, la densité et la chronologie de
formation et/ou de réactivation des failles. Dans ce cas-là, il devient nécessaire de développer
aussi des modèles structuraux robustes, validés par des restaurations en 3D en utilisant des
outils comme Kine3D et/ou la modélisation analogique.
Le bassin du Levant est situé dans la partie orientale de la Méditerranée et constitue une
nouvelle province d’exploration pétrolière depuis les récentes découvertes en offshore Israël
(>24 Tcf de gaz naturel). Ce bassin a été soumis à différents évènements tectoniques pendant
son histoire géologique. Du Permien au Jurassique, la fragmentation de la Pangée s'est
effectuée sous un régime d’extension, avec formation d'un rift, et a été suivie pendant le
Crétacé supérieur jusqu’au fin du Miocène par une longue période de compression causée par
la fermeture de la Neotéthys. Depuis le Miocène/Pliocène, la transpression induite au Liban
par la Faille du Levant y a créé une série de segments déformés « restraining bends » le long
de cette limite de plaque très active. La densité de failles observées à partir des données
sismiques (2D et 3D) se traduit par un style en touches de piano qui semble avoir joué un rôle
important lors des migrations des fluides dans le bassin. Finalement, les complexités produites
par l’interaction de plusieurs événements tectoniques doivent être mieux comprises pour
valider les interprétations, intégrer les données et produire un modèle géologique cohérent.
Cette thèse aboutira à un modèle géologique en 3D qui traduira la complexité structurale du
bassin levantin et de l’offshore du Liban ainsi que les chemins de migrations des fluides
associés avec des outils numériques modernes (TemisFlow). Ce test sur données réelles
améliorera les méthodologies utilisées pour construire des scénarii cinématiques pour les
bassins complexes (en particulier ceux qui sont affectés par un régime de transpression) et
une meilleure compréhension de l'évolution des chemins de migration des fluides dans ce type
de bassins.

 

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Beaucoup de roches mères sont des argiles et constituent des niveaux de décollement potentiel dans les
chaines plissées. Par exemple en Bolivie sur le front andin sud le silurien (Quirusilla Fm) et le Dévonien moyen (Los Monos Fm) sont tous deux roche mères et niveau de décollement. Différents auteurs ont
proposé un lien entre l'activation du cisaillement sur ces niveaux argileux et leur hydratation (pour la partie superficielle) et l'augmentation de la maturité (en profondeur). Le mécanisme généralement proposé est que la génération des HC crée une surpression qui diminue la résistance des roches au
cisaillement.
Cette relation demande à être étudiée de plus près, d'abord par un recensement des différents cas (y a-t-il vraiment un changement de style structural quand les roches mères rentrent en phase de génération d'huile et/ou de gaz?), ensuite par une compréhension du phénomène réel d’adoucissement mécanique «softening» de l'argile lors de la maturation de la MO (les surpressions ne sont importantes que dans la fenêtre à gaz, niveau de maturation non atteint par la Formation Los Monos en Bolivie par exemple).
La thèse comportera :
– une approche naturaliste (regarder les différents cas avec l'aide de spécialistes régionaux); campagne
de terrain pour étudier le style structural et prélévé des échantillons.
– un volet géomécanique (en collaboration avec les laboratoires équipés pour quantifier les changements de propriétés pétrophysiques et mécaniques des argiles lors de leur passage des conditions de fenêtre à huile puis à celle du gaz;
– un volet de modélisation géomécanique (impact des changements pétrophysiques sur les propriétés mécaniques, variation des porosités, fracturation hydraulique etc…).
L'ensemble de ces résultats sera interprété en terme de style structural: naissances des dysharmonies et évolution de ce style en fonction du temps et de l'enfouissement des niveaux de décollement

 

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La compréhension et la simulation des déformations dans la croûte supérieure sont des enjeux
scientifiques et techniques importants. Malheureusement, on dispose de très peu d’outils pour
décrire les paléocontraintes qui les ont contrôlées. Des études récentes, décrivant les contraintes
actuelles, démontrent que l’on comprend encore mal la manière dont celles-ci se relaxent au
cours du temps après des événements tectoniques et quelle est la nature des couplages entre
circulation de fluides et variations de contraintes.
L’analyse des mâcles de la calcite est une technique éprouvée pour quantifier les
paléocontraintes différentielles. Il a été montré récemment qu'elle pouvait être utilisée pour
quantifier les paléosurpressions de fluides. Cette méthode souffre néanmoins de deux limitations:
l’acquisition classique des données de mâcles à la platine universelle est excessivement longue
et l'estimation de la valeur du seuil de mâclage qui contrôle le calcul des déviateurs est trop
imprécise.
Cette thèse vise donc en premier lieu à faire franchir un saut qualitatif et quantitatif à la
méthodologie de la paléopiézométrie calcite. On se propose pour cela d'utiliser une sonde EBSD
(Electron Back-Scatter Diffraction). D'une part l'acquisition des données sera beaucoup plus
précise et rapide D'autre part des essais mécaniques sous EBSD seront réalisés. Il sera ainsi
possible d'étudier de manière fine les facteurs qui contrôlent le phénomène de mâclage dans des
agrégats de cristaux de calcite, puis de remonter aux tenseurs de contraintes qui les ont induits.
Dans un deuxième temps, cette nouvelle méthodologie sera utilisée pour étudier l'évolution des
contraintes dans des bassins sédimentaires (bassin parisien et bassin d'avant-pays et front de
chaîne de montagnes adjacent) en fonction de la profondeur. Ces travaux devraient fournir des
éléments de contrôle sur la rhéologie des bassins sédimentaires aux grandes échelles de temps.
Sur ce point, l'innovation correspondant à l'utilisation de l'EBSD doit permettre de fournir des données jusque-là inaccessibles.

 

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