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International audience

National audience; Le maximum thermique de la limite Paléocène-Éocène (PETM ; ~55,6 Ma) estcaractérisé par une importante perturbation du cycle du carbone et par unréchauffement climatique global. La libération importante de carbone associée à lamise en place des grandes provinces ignées (LIP) est un des phénomènes soupçonnésd’être responsable du PETM. L’étude des anomalies en mercure (Hg) peut êtreutilisée comme un marqueur de volcanisme et peut donc fournir des indices quantaux relations possibles entre la mise en place des LIP et le PETM.Dans cette étude un enregistrement à haute résolution du δ13C et des concentrations enHg a été réalisé au niveau de quatre sites des bassins d’avant pays de l'orogènepyrénéen. Ces sites permettent l’étude des perturbations du cycle du carbone et dumercure le long d’un transect continent-océan au cours du PETM.Les données obtenues dans ce travail révèlent l’occurrence de deux excursionsnégatives dans le signal isotopique en carbone (NCIE). La plus importante de ces NCIEest interprétée comme étant l’enregistrement du PETM tandis que la seconde, de pluspetite amplitude, comme étant celui du POE («Pre-onset excursion»). Ces deux NCIEsont systématiquement associées à d’importantes anomalies en Hg. Ces résultatsmontrent donc que d’importantes phases de volcanisme, probablement associées à lamise en place de la Province Ignée Nord- Atlantique (NAIP), ont contribué audéclenchement et à la relative longue durée du PETM. En outre, les résultats de cetteétude mettent en évidence la possibilité d’obtenir des informations sur les événementsclimatiques extrêmes à partir de sédiments déposés au sein de domaines tectoniquesactifs. Enfin, l’enregistrement géochimique obtenu ici permet de définir des lignesisochrones robuste et ainsi de proposer une corrélation stratigraphique entredifférentes formations de la chaîne orogénique pyrénéenne.Ces travaux sont financés et réalisés dans le cadre du projet BRGM-TOTAL Source-to-Sink.

National audience; La période du Paléogène correspond à une période de déformations importantes de la plaqueOuest-Europe liées à la dynamique mantellique de l’Atlantique-Nord et aux orogenes pyrénéenet alpin. Les déformations impliquent l’émersion et l’érosion du domaine intracratonique,occasionnant une réorganisation du système source-to-sink (S2S).Afin de caractériser les déformations intraplaques (far field) à l’échelle ouest-européenne, etleur impact sur les systèmes source to sink, des cartes paléo-géologiques ont été construites àdeux périodes clefs de l’évolution de l’orogenèse pyrénéenne. Elles présentent l’originalité decoupler des données structurales, géomorphologiques, thermochronologiques etpaléogéographiques.Les deux périodes clefs considérées sont : l’Yprésien (52Ma) correspondant, dans le domainepyrénéen à la phase majeure d’inversion des structures extensives héritées ; et le Bartonien (40Ma) marquant le paroxysme de la collision continentale :La carte de l’Yprésien (52 Ma) montre : dans le domaine orogénique, l’inversion du rift et lacréation des premiers reliefs, ainsi que la mise en place du bassin flexural (retroforeland). Cedernier est alimenté par le domaine orogénique et par le Massif Central, et constitue la zone desink principal. Dans le domaine intracratonique, la déformation associée à l’orogenèse restemineure. La configuration héritée de la phase de déformation sélandienne, est constituée dereliefs tels que ceux du Massif Central, du Massif armoricain et des Ardennes, marqués par dessurfaces d’aplanissement. Ces domaines en érosions entourent et alimentent le bassin de Paris,ouvert sur la mer du Nord correspondant au sink final.La carte du Bartonien (40 Ma), est marquée par des évidences de la collision continentaleenregistrée dans tout le domaine intracratonique par la réactivation de failles crustales héritées.Ces déformations impliquent une segmentation de certains domaines paléogéographiques qui aun impact direct sur le système source to sink en limitant et réduisant les exports. Parmi cesexemples, citons la mise en place des bassins transtensifs du Massif Central ou encore la mise enplace du domaine de l’Artois séparant le bassin anglo- parisien de la Mer du Nord ; le sink finalde la zone devient alors les Approches de l’Ouest.

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National audience; L’approche Source to Sink (S2S) vise à mettre en cohérence la dynamique des zonessource, de transfert et de sédimentation dans le temps et dans l’espace. L’approchetemporelle de la sédimentation est depuis longtemps résumée sous forme dediagramme de Wheeler permettant de mettre en évidence les périodes de dépôts et dehiatus, ainsi que les passages latéraux et l’extension du bassin.Dans une approche Source to Sink, appliquée au domaine orogénique, nous proposonsd’intégrer la dynamique de la zone source dans les diagrammes de Wheeler. Ceci estappliqué au domaine pyrénéen et à ses deux avant-pays.Le long de coupes Nord-Sud, outre les diagrammes de Wheeler classiques, sont intégrésles déplacements verticaux, la taille de la chaine au cours du temps en se basant sur lesdonnées thermochronologiques et structurales.La dynamique de transport est également reportée sur ces diagammes en intégrant lesdonnées de traçage de source et les directions de transport.La construction de ces diagrammes permet de mettre en regard les différentes étapesde la croissance du prisme orogénique avec :1) les différents stades de remplissage des bassins adjacents (foreland etretroforeland), notamment, les changements de direction de drainage ouencore le passage underfilled à overfilled.2) les deformations far field (Massif Central et Bassin de Paris) enregistrées par lesperiodes d’érosion et de hiatus.Ce travail a été financé par le projet Source-to-Sink (BRGM-TOTAL).

National audience; La compréhension du système sédimentaire dans son intégralité, de la source des sédimentsaux dépôts ultimes dans les plaines abyssales ou dans les lacs, est devenue incontournable pourcomprendre les effets de la déformation lithosphérique à toutes ses longueurs d’onde et du climatsur le système sédimentaire.Nous avons développé une méthode de reconstitution de cartes de routages sédimentaires,intégrant les zones (1) en érosion (relief…), (2) en transfert et (3) en sédimentation.LA ZONE EN SEDIMENTATIONCe sont des cartes de faciès « classiques » dont la qualité dépend de la datation des sédiments et del’interprétation sédimentologique ou paléoécologique des faciès. Un soin particulier est porté àl’indentification de l’onlap côtier (en fait celui de la plaine côtière ou « ligne de baie » / « bayline»).LA ZONE EN EROSIONLes reliefs des zones en érosion sont déduits de l’analyse géomorphologique des domainesanorogéniques (plateaux s.l.) et des formes du reliefs étagées associées : les pédiments oupédiplaines et les surfaces de corrosion (« etchplain »), souvent des pédiplaines altérées perchées.Ces formes étagées du relief sont datées de trois manières : (1) par la datation des altérites, (2) parl’âge des sédiments qui les recouvrent ou (3) par leurs relations géométriques avec du volcanismedaté. Ces formes étagées du relief sont ensuite restaurées dans leur état à l’époque considérée, ensupprimant le déplacement vertical contemporain des formes plus jeunes du relief, résultant d’unesurrection (« surface uplift ») entre l’actuel et la période considérée.Les bassins versants sont définis en reliant les points les plus hauts des reliefs ainsi reconstitués.Les points bas permettent de tracer les drains préférentiels de transport (pédiments de typepédivallées ou vallées incisées) des sédiments érodés et/ou d’érosion active.LA ZONE EN TRANSFERTLes zones de transfert sont des plaines situées entre la limite de la zone en érosion (souvent le piedde l’escarpement amont de la pédiplaine la plus récente par rapport à la période considérée) et (1)l’onlap côtier ou (2), si la plaine alluviale est en aggradation, le biseau amont des sédimentsfluviatiles s.l.. La localisation des drains alluviaux (des rivières uniques ou des distributairesmultiples) est déduite de placages résiduels possiblement préservés.

National audience; La compréhension d’un système Source-to-Sink au sein de bassins sédimentaires nécessite la caractérisation de deux paramètres clés : la source et le mode de production de sédiment (érosion physique / chimique), ainsi que la distance de la zone de transfert. La forme des grains de quartz peut enregistrer (1) la production physique ou chimique du grain, (2) les processus (éolien / fluviatile) de transfert des sédiments, et (3) l’émersion et altération post-dépôt. La présence de l’altération chimique est mise en avant par des microstructures en lien avec la dissolution (triangles de dissolution orientés, fossés de dissolution, figures de circulation de fluides, desquamation) ou la précipitation (surcroissance cristalline et globules, fleurs et pellicule de silice). Les différences entre les processus éoliens et fluviatiles sont principalement basées sur l’arrondissement du grain ainsi que le type d’impacts majoritaires présents à la surface du grain (cassures conchoïdales, marques de percussions et de frottements). Cette approche a été appliquée avec succès à l’étude du Cénozoïque du Bassin de Paris, un système en faible accommodation (200m en 35 Ma maximum) recoupant de nombreux hiatus. La présence de microstructures témoignant d’une corrosion de la surface du grain dénote une altération chimique antérieure à l’apparition des critères d’un transport éolien ou fluviatile. Cette altération chimique est marquée au cours du Paléocène et au début de l’Eocène. Un transport éolien apparaît au cours du Danien, Lutétien et Bartonien tandis qu’un transport fluviatile domine au Danien, Thanétien et Yprésien. La présence d’émersions majeures marquées par la formation de latérites in situ apparaît à la fin du Paléogène, Yprésien et Bartonien, et des mineures au cours du Thanétien. La surimposition de microstructures issues de l’altération chimique lissées par l’action du transport fluviatile ou éolien témoigne de la présence de ces périodes d’émersions anté-transport.

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National audience; Les connaissances acquises sur l’exhumation de la chaine Pyrénéenne et l’évolution desbassins d’avant-pays adjacents permettent à présent d’appréhender ce systèmeorogénique complexe dans une démarche intégrative dans l’espace et le temps.Cette approche, dite « source-to-sink » s’attache à comprendre l’évolution du routagesédimentaire depuis la Source (relief orogénique, craton, recyclage de bassin) enpassant par la zone de transfert (périphériques ou internes au bassin) jusqu’au réservoirfinal (bassin flexural, bassin turbiditique profond). Nous proposons, dans le cadre decette nouvelle cartographie, de compiler les données disponibles et nouvellementacquises dans le projet, sur l’ensemble du domaine péri-pyrénéen du Golfe du Lion àl’Est jusqu’au Golfe de Gascogne à l’Ouest en incluant le Massif Armoricain au Nordjusqu’au bassin de Madrid au Sud.La réalisation de ces cartes s’appuie sur l’utilisation de nombreuses méthodes et outils,tels que les reconstructions cinématiques du système Ibérie-Europe-Méditerranée, lescoupes restaurées, l’histoire d’exhumation par thermochronologie, le traçage dessources, la caractérisation des surfaces d’altération et d’érosion, la synthèse de l’activitédes accidents structuraux majeurs, les reconstructions paléogéographiques, l’analyse desgéométries sédimentaires et des directions de transport ainsi que la quantification desvolumes préservés dans les bassins.Les pas de temps choisis pour ces cartes permettent de rendre compte de différentsstades d’évolution tectono-sédimentaire du système péri-pyrénéen au stade dequiescence de l’orogenèse (1) à 65 Ma, Danien, et aux stades précoces de l’orogenèse(2) Thanétien terminal (56Ma) et (3) Yprésien (52 Ma). Les compilations effectuéesmettent en regard domaines exhumés et zone de sédimentation en termes de flux et devolumes, et permettent de cartographier les systèmes de routage et leur évolution aucours d’un cycle de construction d’un orogène.Travaux de recherche financés et réalisés dans le cadre du programme BRGM-TOTALSource-to-Sink

International audience; The late Cretaceous to early Paleogene is a period of major deformations of the western part of the Eurasian plateknown as the Laramide deformations. These are correlated with major paleogeographic changes - widespreadupper Cretaceous marine platforms (chalk) are uplifted, intensively eroded and announced the present-dayconfiguration of the geology of north-western Europe.These deformations occur in a complex geodynamic setting within both the context of the Africa-Eurasiaconvergence and the North Atlantic opening. Two main mechanisms are proposed: (1) surface upwelling causedby flows in the underlying mantle (Iceland Plume upwelling); (2) horizontal lithospheric deformations (Africa/Eurasia convergence).The precise ages of these deformations and the type of reliefs created (height, wavelength etc.) are still poorlyknown. Here we link onshore landforms (planation surfaces and incised valleys) located on outcrops of Proterozoicto Paleozoic basement (Armorican Massif, French Massif Central) to onshore-offshore sediment accumulationareas (Aquitanian, Paris, Western Approaches, London, Belgium, North-Sea Basins). The aim is to propose atopographic reconstitution of the reliefs and basins of western Europe - for the uppermost Cretaceous to thePaleogene period - performing restored european scale cross sections (geomorphology and geology).This study is based on two different approaches:- Erosional domain - on the mapping and chronology of all the macroforms (weathering surfaces and associatedalterites, pediments and pediplains, incised rivers) dated by intersection with the few preserved sediments,weathering and the volcanics.- Depositional domain - on a more classical dataset of seismic lines and wells, coupled with biostratigraphicrevaluations (characterization and dating of vertical movements of the basins).This work is founded and carried out in the framework of the BRGM-TOTAL project Source-to-Sink.

International audience; The Mesozoic Aquitaine Basin (alternations through time of rifts and intracratonic to passive margin basins) isinverted during Cenozoic times to become the retro-foreland of the Pyrenees Mountain Belt.A lot of studies were carried out on the paroxystic phase of the retro-foreland activity, few paid attention on thelatest –post orogenic – stage, the so-called “Molassic” periods. This can be explained by the monotonous faciesdistribution along poor outcrops with few dating available.For a better understanding of the last stage evolution of both the Pyrenees and Massif central relief – andtheir consequences on the sediment routing system – we performed a stratigraphic study of the “Molassic”deposits and their marine equivalent, from the upstream part (Lannemezan area) to the distal part (LandaisPlateau and Biscaye Bay abyssal plain). This study was mainly based on subsurface data, seismic lines andwells (industrial and BSS) provided by the BRGM and TOTAL. Wells correlation was based on the principles ofstacking pattern calibrated in age and facies on cuttings and clabs. The seismic lines were interpreted using theprinciples of the shoreline trajectory and calibrated in age and facies on wells.The main results are as follows.(1) A sharp transition between continental and marine environments characterized by mixed carbonate-siliciclastic(clays and silts) platforms. The Bartonian to Priabonian shelves are reefal platforms, the Priabonian wedge is amajor lowstand (LNR) which continue during Early Rupelian. . The Late Rupelian and the Chattian are progradationalagradational. A major unconformity occurred during the Chattian (establishment of a large lowstand). Thisone is also located in the offshore part, in the Chattian wedge in front of the current basin of Arcachon.(2) Continental environments (Priabonian to Chattian) are made up of palustrine to carbonate lacustrine sedimentspassing to mixed to suspended-load rivers, local base level of conglomeratic alluvial fans located in the extremeinner part of the basin at the feet of the Pyrenees.(3) A major erosion occurred in the Late Chattian with present-day preservation of the Chattian in the inner partof the basin along the Pyrenees (500 to 1500 m-thick wedge). Chattian sediments were partly removed by erosionin the western part of the Lannemezan Plateau area and are mostly missing along the Aquitaine Basin.(4) Lower to Middle Miocene sediments (with the same facies than above) are quite thin (50 to 200 m – lowpreservation). They record a major fall in the subsidence pattern.(5) A two phases major uplift of the Lannemezan and Ger Plateaus occurred during Serravallian and baseTortonian times sealed by weatherings and fluvio-lacustrine sediments (Orignac lignites)(6) From Late Miocene to today, the Aquitaine Basin is a sediment transit zone with deposition on the LandaisPlateau as thick siliciclastic prograding wedges. That’s why we performed a seismic transect between Toulouse(onshore) and the Cantabria Dome (offshore, abyssal plain)This work is founded and carried out in the framework of the BRGM-TOTAL project Source-to-Sink.

International audience; The southern foreland (proforeland) of the Pyrenean orogeny is one of the most well-known foreland inthe world, on the opposite its northern retroforeland (i.e the Aquitaine basin) which display a quite differenttectonic style is less documented apart from local petroleum studies. Strong efforts have been made in therecent years to improve the knowledge of the Pyrenean orogeny and Aquitaine basin. We present here asynthesis of the Aquitain basin evolution during Upper Cretaceous and Paleogene based on the integration ofmore than 1000 wells and 5000 km of seismic profiles. A harmonized and detailed litho-and sequencestratigraphy was build up for the entire period allowing to recompose large scale sections, thickness and faciesmap at the scale of 1 My, and sedimentary response to compressive deformation. The distribution, style andtiming of deformation of the retroforeland are precised thanks to refined stratigraphic constraints.Within Cenozoic, five major tecto-sedimentary cycles are identified:2 Paleocene cycles: A Danian-Selandian cycle (P1), and a Thanetian cycle (P2), both characterized bycarbonate plat-form growth and limited compressive deformations.3 Eocene cycles: An Ypresian-Lower Lutetian cycle (E1) composed of prograding deltas from east towest that redistribute material coming from the emerging mountain belt in eastern Pyrenees. This progradationtrend leads to relatively quick infilling of the available space and emersion of a large part of the basin.A Lutetian-Bartonian cycle (E2) composed of mixed carbonate siliciclastic deposits.A Priabonian cycle (E3) marked by a large scale emersion of the basin and deposition of fined-grainedcontinental sedimentation (Molasses d’Aquitaine).The timing of deformation is refined and confirms (1) the onset of compressive deformations duringupper Cretaceous, (2) the occurrence of a relatively quiet period during Paleocene (Danian-Lower Thanetian),and (3) a major period of basin deformation during Eocene. Within the basin, compressive deformations takeplace at both basin and local scale, the latter being mainly recorded as reactivation of inherited extensivefaulting dating from Albian and /or late Variscan extension.Within Eocene, two periods of deformation corresponding with the two successive tecto-sedimentarycycles (E1 and E2) are identified. Onset of compressive deformations is diachronous from east to west.Early Eocene deformations mainly take place in the eastern and central part of the basin, with reneweddeformations around Paleocene-Eocene boundary, coeval with the onset of terrigenous input from the growingmountain belt, and major pulse by Upper Ypresian. Late Lutetian-Early Bartonian deformations during cycleE2 are recorded throughout the basin and trigger major depocenter shifts.Together with the well known timing of the southern Pyrenean foreland deformations these data yieldsnumerous constraints about the Pyrenean orogenic prism evolution.Acknowledgments: These results were acquired during the Gaia project founded by TIGF, BRGM andAgence de l’Eau Adour/Garonne which aims to constrain the nature and dynamics of deep Upper cretaceousand Tertiary aquifers of the Aquitaine basin.

International audience; The southern foreland (proforeland) of the pyrenean orogeny is one of the most well- known foreland in the world, on the opposite its northern retroforeland (i.e the Aquitaine basin) which display a quite different tectonic style is less documented apart from local petroleum studies. Strong efforts have been made in the recent years to improve the knowledge of the Pyrenean orogeny and Aquitaine basin. We present here a synthesis of the Aquitain basin evolution during Upper Cretaceous and Paleogene based on the integration of more than 800 petroleum wells and 5000 km of seismic profiles. An harmonized and detailed litho- and sequence stratigraphy was build up for the entire period allowing to recompose large scale sections, thickness and facies map at the scale of 1 My, and sedimentary response to compressive deformation. The distribution, style and timing of deformation of the retroforeland are precised thanks to refined stratigraphic constraints. Within Cenozoic, five major tecto- sedimentary cycles are identified: 2 Paleocene cycles : -A Danian-Selandian cycle (P1), and a Thanetian cycle (P2), both characterized by carbonate platform growth and limited compressive deformations. 3 Eocene cycles: -An Ypresian- Lower Lutetian cycle (E1) composed of prograding deltas from east to west that redistribute material coming from the emerging mountain belt in eastern Pyrenees. This progradation trend leads to relatively quick infilling of the available space and emersion of a large part of the basin. -A Lutetian- Bartonian cycle (E2) composed of mixed carbonate siliciclastic deposits. -A Priabonian cycle (E3) marked by a large scale emersion of the basin and deposition of fined-grained continental sedimentation (Molasses d’Aquitaine). The timing of deformation is refined and confirms (1) the onset of compressive deformations during upper Cretaceous, (2) the occurrence of a relatively quiet period during Paleocene, and (3) a major period of basin deformation during Eocene. Within the basin, compressive deformations take place at both basin and local scale the latter being mainly recorded as reactivation of inherited extensive faulting dating from Albian and /or late Variscan extension, and salt tectonics reactivation mainly in the western part of the basin. Within Eocene, two periods of deformation corresponding with the two successive tecto-sedimentary cycles (E1 and E2) are identified. Onset of compressive deformations is diachronous from east to west. Early Eocene deformations mainly take place in the eastern and central part of the basin, with renewed deformations around Paleocene- Eocene boundary, coeval with the onset of terrigenous input from the growing mountain belt, and major pulse by Upper Ypresian. Late Lutetian- Early Bartonian deformations during cycle E2 are recorded throughout the basin and trigger major depocenter shifts.This refined timing of these deformation correlates with the one of the southern Pyrenean foreland deformations and suggest common control. These results were acquired during the Gaia project founded by TIGF, BRGM and Agence de l’Eau Adour/Garonne which aims to constrain the nature and dynamics of deep Upper cretaceous and Tertiary aquifers of the Aquitaine basin.

International audience; The Aquitaine basin located in south western Europe, is a Pyrenean retro-foreland basin. Two main phases ofcompression are recorded in this retro-foreland basin during the Pyrenean orogeny. A first upper Cretaceous phasecorresponding to the early stage of the orogeny, and a second one usually related to a Pyrenean paroxysmal phaseduring the middle Eocene. During Paleocene to lower Eocene deformations are less pronounced, interpreted as atectonically quiet period.The aim of the study is to better constrain the sedimentary system of the Aquitaine basin during this pe-riod of Paleocene-lower Eocene, in order to discuss the evolution of the sedimentary architecture in response ofthe Pyrenean compression. This work is based on a compilation of a large set of subsurface data (wells logs,seismic lines and cores logs) represented by isopachs and facies map.Three main cycles were identified during this structural quiet period:(1) The Danian cycle, is recorded by the aggradation of carbonate reef-rimmed platform. This platform ischaracterized by proximal facies (oncoid carbonate and mudstone with thalassinoides) to the north, which leadsto distal deposit facies southern (pelagic carbonate with globigerina and slump facies) and present a significantthickness variation linked to the platform-slope-basin morphology.(2) The upper Selandian-Thanetian cycle follows a non-depositional/erosional surface associated with a Se-landian hiatus. The base of this cycle marked the transition between the last reef rimmed platform and a carbonateramp.The transgressive cycle is characterized by proximal lagoon facies to the north that leads southward to dis-tal hemipelagic facies interfingered by turbiditic Lowstand System Tracks (LST). The location of these LST isstrongly controlled by inherited Danian topography.The regressive cycle ends with a major regression associated with an erosional surface. This surface islinked with a network of canyons in the north, an important terrigeneous LST and a massive erosional surface indeep basin.We correlated this upper Thanetian major regression with a flexural deformation of the basin. In this con-text, the importance of terrigeneous LST could be explained by the erosion of the East Pyrenean range.(3) The lower Ypresian records the installation of mixed terrigenous-carbonated system. While the East-West progradation of siliciclastic deltas is drained into foreland basin, a carbonates condensation are developed onstructural ridges, attesting the structural activation of foreland basin during lower Ypresian.This study shows that Danian to middle Thanetian time represents a quiet tectonic period in the retro-foreland basin. During the upper Thanetian period, the compressive deformation is increasing, marked by theemersion of the northern platform, a massive LST in distal environment and a rise of terrigenous input in flexuralbasin (LST). This deformation associated with the Pyrenean compression continues during the Ypresian andhighlights the paroxysm of the Pyrenean orogeny.This work is included in the Gaia project founded by TIGF, BRGM and Agence de l’Eau Adour/Garonne whose aim at constrain the nature and dynamics of deep Upper cretaceous and Tertiary aquifers of the Aquitainebasin.