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Nov 02

Le développement des plateformes carbonatées jurassiques contrôlé par un cycle orbital

Comme l’annonce la revue Sedimentary Geology dans le volume 345 à paraître en novembre 2016, les phases de croissance et de déliquescence des plateformes carbonatées dans l’océan téthysien au cours du Jurassique étaient contrôlées par des changements climatiques à long terme, eux-mêmes déterminés par un cycle orbital de 9 millions d’années.

Les plateformes carbonatées sont des écosystèmes marins à la biodiversité très riche et sensible qui se retrouvent aujourd’hui à des latitudes tropicales tout autour du globe. Pour mieux comprendre comment ces environnements sont impactés par les changements climatiques et environnementaux à long terme, les roches qui constituaient une ancienne plateforme carbonatée dans l’ouest de la France au cours du Jurassique, il y a environ 160 millions d’années, ont été étudiées. La France constituait alors la partie ouest d’un grand océan appelé océan téthysien.

L’équipe dirigée par Simon Andrieu et composée de chercheurs de l’Université Paris-Sud, de l’Université de Bourgogne-Franche-Comté et du Brgm, a ainsi reconstitué l’évolution de cette plateforme carbonatée au cours des 18 millions d’années de son histoire. Les sédiments carbonatés sont très dépendants de l’existence d’organismes précipitants leur coquille ou squelette en carbonate de calcium (CaCO3), comme les huîtres, les coraux, les algues vertes ou les échinodermes (crinoïdes, oursins). Après leur mort, l’action des vagues sur le fond de la mer fractionne ces squelettes ou coquilles en débris souvent inférieurs à 2 mm. L’accumulation des différents types de débris squelettiques, avec d’autres éléments non-coquillers comme les oolites (petites concrétions de CaCO3 précipitants dans des eaux chaudes) forme un dépôt sédimentaire ; la composition de ce dépôt va permettre au sédimentologue de caractériser un « faciès sédimentaire ». Au jurassique, deux grands types de faciès sédimentaires se sont déposés dans les eaux peu profondes de l’océan téthysien : (1) un faciès photozoan, riches en coraux et oolites, typiques d’eaux oligotrophiques, c’est-à-dire pauvres en nutriments (plancton) ; et (2) un faciès hétérozoans, riches en échinodermes, bryozoaires et bivalves, typiques d’eaux mésotrophiques à eutrophiques (riches en nutriments).

En comparant l’évolution de la production carbonatée dans l’ouest de la France avec une compilation des données de faciès composants d’autres plateformes de la partie ouest de l’océan téthysien, il a été mis en évidence deux phases de croissance généralisées des plateformes carbonatées alternant avec deux phases de déliquescence. Les phases de forte croissance sont constituées essentiellement par des faciès photozoans, les coraux et les oolites favorisant une accumulation rapide de sédiments carbonatés.

La production carbonatée a ensuite été comparée avec la fluctuation cyclique (cycle de 9 Ma) de la composition en carbone de l’eau de l’océan téthysien. Les deux phases de forte croissance des plateformes carbonatées correspondent à des périodes caractérisées par un faible δ13C de l’océan, marquant un climat très sec perturbé par de courtes moussons, défavorables à la présence de nutriments dans l’océan. Les eaux pauvres en nutriments sont très favorables à la prolifération des coraux ou à la genèse des oolites, édifiant ainsi rapidement d’imposantes plateformes.

Au contraire, les phases de faible production carbonatée, alors principalement limitée à la sédimentation de faciès heterozoans, correspondent à des périodes de fort δ13C dans l’océan, caractérisant un climat humide qui favorise le transfert de nutriments des continents vers l’océan. Les périodes où l’océan est riche en nutriments ont été très défavorables à la sédimentation carbonatée, car les producteurs importants de CaCO3 comme les coraux, les algues vertes ou les oolites se sont montrés plus rares dans la partie ouest de l’océan téthysien.

Le développement des plateformes carbonatées a donc été directement relié aux changements climatiques à long-terme, dont l’évolution a été grandement déterminée par un cycle orbital à 9 millions d’années.

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Figure : Reconstruction de la plateforme carbonatée de l’ouest de la Téthys au cours de deux périodes (1) Aalénien (172 Ma) et (2) Limite Callovien/Oxfordien (163 Ma)

Andrieu, S., Brigaud, B., Barbarand J., Lasseur, E., Saucède T., 2016. Disentangling the control of tectonics, eustasy, trophic conditions and climate on shallow-marine carbonate production during the Aalenian-Oxfordian interval : from the western France platform to the western Tethyan domain. Sedimentary Geology. 345, 54-84

Voir en ligne : Lien vers l’article Science direct

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Mar 14

Journées Scientifiques du GFEJ – 09 et 10 Avril 2015, Dijon

Benjamin Brigaud participera à l’organisation des Journées Scientifiques du GFEJ les 09 et 10 Avril 2015 à Dijon. Ces journées intitulées « Biodiversité, Stratigraphie et Paléogéographie du Jurassique » seront l’occasion d’échanger à la fois en salle et sur le terrain sur les thématiques de la biodiversité, de la paléoécologie, des méthodes et applications de la stratigraphie et de la paléogéographie pour les différentes périodes du Jurassique. A l’interface entre la paléontologie et la sédimentologie, ces thèmes, chers à Jacques Thierry, ancien professeur de l’Université de Bourgogne, nous permettront de lui rendre un dernier hommage en compagnie de ses anciens élèves, collègues et amis et de faire un point sur les avancées récentes de notre communauté.

La journée du 09 Avril sera consacrée à la visite de coupes « historiques » en Bourgogne sur le Jurassique inférieur et moyen (Semur-en-Auxois, Pouillenay et Massangis). Un buffet sera proposé en fin de journée à 19h00 au bâtiment Gabriel de l’Université de Bourgogne.
La journée du 10 Avril sera consacrée aux présentations orales sur les thématiques affichées. Elle sera conclue par l’assemblée générale du GFEJ en fin de journée.
Inscription et contributions :
Merci d’envoyer votre participation pour le 1er Mars et vos contributions au format demandé ci-dessous pour le 15 Mars à Pierre.Pellenard_at_u-bourgogne.fr
Frais de participation :
Journée du 10 Avril : Etudiant (10 €); Membre GFEJ (20 €); Non membre (30 €)
Terrain (09 Avril) : étudiant (10 €); Membre GFEJ et non membre (20 €)
Paiement par chèque à l’ordre du GFEJ à adresser à Pierre-Yves Collin (UMR 6282 Biogéosciences, 6 bd Gabriel, UFR SVTE, Université de Bourgogne, 2100 Dijon)
Format des résumés :
Français ou anglais, 4 pages maximum, titre en gras centré times 14, liste des auteurs en times 12 centré, adresses des auteurs en times 10 centré, texte en times 12 interligne 1.5 marges 2 cm, format en .doc ou .docx. Les présentations seront au format .pdf ou .pptx et d’une durée de 12 min (+ 8 min de questions).

Comité d’organisation:
Benjamin BRIGAUD
Pierre-Yves COLLIN
Jean-Louis DOMMERGUES
Christophe DURLET
Pascal NEIGE
Pierre PELLENARD

http://www.gfej.asso.u-psud.fr/

affiche GFEJ2015

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Nov 18

Article – Modélisation 3D du sous-sol : de l’échelle micrométrique à celle du réservoir

i_forage_profond2L’article intitulé « Characterization and origin of permeability-porosity heterogeneity in shallow-marine carbonates : from core scale to 3D reservoir dimension (Middle Jurassic, Paris Basin, France) » par Benjamin Brigaud, Benoît Vincent, Christophe Durlet, Jean-François Deconinck, Emmanuel Jobard, Niel Pickard, Béatrice Yven et Philippe Landrein est prêt pour une publication dans la revue Marine and Petroleum Geology.

Un des défis dans le domaine des sciences de la terre est d’arriver à mieux appréhender le changement d’échelle entre la caractéristique d’un échantillon de roche observée en laboratoire, parfois jusqu’à l’échelle micrométrique et son comportement in situ, dans le sous-sol à l’échelle plurikilométrique. Ce changement d’échelle peut s’avérer particulièrement important pour comprendre, prédire et ainsi visualiser en 3D certaines ressources présentes dans le sous-sol comme l’eau, les hydrocarbures ou les métaux. Les roches sédimentaires du sous-sol, notamment carbonatées, peuvent former des réservoirs pour les ressources en eau ou en hydrocarbures, dont une forte porosité et perméabilité est un gage de qualité. Ces aquifères ou réservoirs d’hydrocarbures sont étudiés à partir de forages, donnant un aperçu très ponctuel de la qualité, par exemple 2 km de long avec un diamètre ne dépassant pas 20 cm, de l’ensemble de la roche contenant cette ressource, dont le volume total peut atteindre plusieurs milliers de kilomètres cube.

Une collaboration entre universitaires (Université Paris-Sud et Université de Bourgogne) et industriels (Cambridge Carbonate, Andra, Statoil, Captair) dirigée par Benjamin Brigaud (Géosciences Paris Sud, Université Paris-Sud/CNRS) a apporté une méthode innovante sur ce changement d’échelle en étudiant un ensemble de roches carbonatées épais de 200 m et enfouis à plus de 500 m de profondeur dans l’Est du Bassin de Paris. Cette nouvelle méthode se déroule en cinq étapes. (1) La première consiste à reconstruire précisément, par une étude des faciès sédimentaires, la géométrie de l’ensemble formant un empilement d’une dizaine de couches. (2) La deuxième étape consiste à l’analyse en laboratoire de la perméabilité (de 0,01 mDarcy à 1 Darcy), de la porosité (de 1 à 17%), du rayon de l’espace connectant deux pores entre eux (variant de 0,25 µm à 32 µm) et surtout du signal en résonance magnétique nucléaire (RMN) des roches carbonatées du site prélevées dans un forage, rendant compte de leur hétérogénéité. Sur ces mêmes échantillons, l’espace poreux a été observé à très petite échelle au MEB afin de préciser la forme des pores ou leur variation de taille (de 1 µm à 100 µm). Ces analyses de laboratoire ont permis de redéfinir les équations permettant de calculer à partir du signal RMN, la porosité ou la perméabilité des roches carbonatées. (4) Dans une quatrième étape, le signal RMN a été mesuré dans 12 puits à partir d’une sonde. Les nouvelles équations utilisées ont permis d’avoir un enregistrement continu de la porosité sur presque 2 km. (5) Un logiciel de modélisation géologique performant a été utilisé afin de propager les caractéristiques de perméabilités et porosités mesurées à partir du signal RMN entre les 12 forages dans 109 millions de cellules mesurant 150 m de longueur, 150 m de large et 5 m de hauteur. Les investigations dans les forages permettent de connaître un volume d’environ 20 m3. Ce volume réellement investigué représente 1/1000 d’une cellule du modèle, à comparer aux 109 millions qu’il faut contraindre…

Cette calibration très fine des calculs de perméabilités à partir des signaux RMN mesurés en laboratoire et la mesure de la RMN sur 12 puits en diagraphie permettent d’observer la distribution hétérogène de la porosité et de la perméabilité depuis l’échelle ponctuelle dans les forages à celle d’un réservoir de 400 km3 modélisé en 3D.

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Août 26

Terrain dans l’ouest de la France: de la Normandie à la Dordogne

De février à juillet 2014, 45 journées de terrain ont été organisées par Simon Andrieu dans les séries carbonatées du Jurassique de l’ouest de la France, de la Normandie à la Dordogne, en passant par la Sarthe, le Poitou ou les Charentes. L’objectif a été de réaliser des levés sédimentologiques sur plus d’une centaine de coupes sédimentaires, le long des côtes normandes et charentaises et dans un grand nombre de carrières, afin de décrire les différents faciès et de contraindre l’évolution des systèmes de dépôts. Ce terrain rentre dans le travail de thèse de Simon Andrieu sur la caractérisation des carbonates de l’ouest de la France ou l’un des objectifs est de quantifier la part relative des différents facteurs de contrôle (eustatisme, tectonique, chimie de l’océan ou climat) sur le développement des systèmes carbonatés du Jurassique de l’ouest de la France. Les échantillons prélevés seront étudiés au microscope afin de définir les microfaciès. Dans un second temps, des analyses au microscope à cathodoluminescence et des isotopes stables seront réalisées afin de caractériser les processus diagénétiques. L’influence de la diagenèse sur la variabilité des paramètres Φ-k n’est pas clairement établie dans les carbonates, notamment du fait de leur grande réactivité chimique. Cette influence sera étudiée dans un troisième volet de cette thèse.

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Fév 23

Changement climatique : ce que nous disent les calcaires du Jurassique !

L’étude multi-laboratoires, associant l’Université Paris-Sud, Cambridge Carbonate Ldt, l’Université de Rennes 1, l’Université de Lorraine et l’Andra, intitulée « Growth and demise of the Jurassic carbonate platform in the intracratonic Paris Basin (France): interplay of climate change, eustasy and tectonics » vient d’être publiée dans la revue Marine and Petroleum Geology.

Dans le contexte actuel de changements environnementaux liés aux activités anthropiques (relargage de CO2, déforestation, pollution…), il convient de mieux comprendre l’évolution et le fonctionnement de certains écosystèmes très riches comme les lagons et récifs coralliens des mers subtropicales. En effet, ces écosystèmes de lagons et plus largement ceux des plateformes carbonatées peu profondes peuvent être particulièrement sensibles aux effets directs de ces activités anthropiques comme le réchauffement climatique, la hausse du niveau marin, l’acidification des eaux de surface, l’augmentation du relargage de particules fines (boue). En France, notre territoire se trouvait sous une latitude sub-tropicale (30°N) durant le Jurassique (de 200Ma à 145Ma) et était recouvert d’une mer chaude et globalement peu profonde. Dans l’Est de la France, cette mer a laissé dernière elle plus d’1 km en épaisseur de sédiments qui se sont déposés sur une grande plateforme carbonatée, formant maintenant  des calcaires avec des coraux, bivalves ou oolithes, marnes, argiles ou sables. Il est donc possible, en étudiant ces roches, d’apporter des réponses sur les facteurs contrôlant l’évolution des écosystèmes carbonatés.

L’objectif de ce travail a donc été de se servir de ces archives carbonatées datant du Jurassique, affleurant en carrière ou carottées jusqu’à 1300 m de profondeur dans le forage profond de l’Andra de Montiers-sur-Saulx dans l’Est de la France. Durant les 55 millions d’années du Jurassique, cette immense plateforme carbonatée montre 8 phases successives de forte production carbonatée avec des coraux, bivalves, gastéropodes, oolites, entrecoupées de 7 crises où la sédimentation a été argileuse. Ces huit phases de forte croissance ont été comparées à la courbe standard de variation du niveau marin, aux régimes tectoniques et à des données isotopiques en oxygène (courbe de variation de la température de l’eau de mer) et aux cortèges minéralogiques argileux.

  • Des faciès de type hétérozoans (avec des bivalves, échinodermes, gastéropodes, foraminifères, bryozoaires) migrant le long d’une rampe marquent des périodes dominées par une hausse du niveau marin, des conditions mésotrophiques (eaux chargées en nutriments), humides et des eaux de surface moyennement chaudes (entre 16 et 24°C) pendant l’Hettangien, le Pliensbachien, l’Oxfordien supérieur, et le Tithonien. Durant ces périodes, des décharges temporaires d’argiles sont venues perturber la production carbonatée.
  • Durant le Bajocien et l’Oxfordien moyen, des températures des eaux de surface chaudes (20-29°C), des conditions oligotrophiques (quasiment pas de nutriments) et relativement humides ont été constatées. Associées à une hausse du niveau marin relatif (eustatisme ou de subsidence locale), ces conditions ont clairement favorisé le développement de coraux scleractiniaires formant des récifs avec de nombreux gastéropodes ou bivalves.
  • Des systèmes de cordons oolitiques se sont installés durant le Bathonien, délimitant un vaste lagon à sédimentation très fine (calcaire mudstone avec des foraminifères de type miliolidés). Cet environnement s’est développé sous des conditions climatiques plutôt fraîches (16 à 24°C) et sèches.
  • Une hausse du niveau marin relatif, accompagnée d’une eutrophisation des eaux (chargées en nutriments) et parfois d’eaux plutôt froides (<20°C) ont été néfastes au développement des écosystèmes carbonatés. Ces conditions sont responsables d’au moins cinq crises de la production carbonatée durant le Toarcien, le début du Bajocien supérieur, à la transition Callovien/Oxfordien, au début de l’Oxfordien supérieur et au Kimmeridgien.fig-comm

 

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Déc 07

Terrain dans le Haut-Atlas oriental (Maroc)

Du 11 au 20 novembre 2013, cinq membres de l’équipe Relief et Bassin; Jocelyn Barbarand (Professeur, Université Paris-Sud, Orsay), Yves Missenard (McF, Université Paris-Sud, Orsay), Ludovic Lafforgue (Doctorant, Université Paris-Sud, Orsay), Benjamin Brigaud (McF, Université Paris Sud, Orsay) et Bertrand Saint-Bézar (McF, Université Paris Sud, Orsay) ainsi que Johan Yans (Université de Namur) ont réalisé une mission de terrain dans le Haut-Atlas oriental vers la ville de Bouarfa (Maroc). Cette mission a été centrée sur un échantillonnage fin des minéralisations en Mn, Pb, Zn et Cu autour du front nord atlasique, mais également sur la cartographie, des levés de logs sédimentologiques, et de coupes structurales. L’objectif de ce travail de terrain aura donc été de mieux comprendre l’origine des minéralisations dans les terrains dolomitiques et calcaires du Jurassique inférieur (Sinémurien à Pliensbachien) en relation avec l’histoire sédimentaire et tectonique de cette partie sud-orientale du Maroc. Ce terrain a été réalisé dans le cadre de la thèse de Ludovic Lafforgue, dont un des objectifs est d’étudier l’origine de l’enrichissement en Mn, Cu, Pb, Zn des carbonates du Jurassique, en relation avec les mouvements verticaux. Les échantillons récoltés feront par la suite l’objet d’analyses pétrographiques (microfaciès, cathodoluminescence, paragenèse), géochronologiques (datations) et thermochronologiques (analyses des traces de fission dans les apatites).

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