Directeur de thèse : BRIGAUD Benjamin, co-encadrant : ANDRIEU Simon

Faciès sédimentaires, architecture et évolution diagénétique du Jurassique moyen et supérieur de la bordure nord-est du Bassin Aquitain (Dordogne, Lot, Lot-et-Garonne) : influence sur le développement des réseaux karstiques

Résumé du projet de thèse : Les aquifères karstiques représentent une ressource en eau importante mais particulièrement vulnérable. La compréhension de leur distribution et géométrie est un enjeu majeur pour une meilleure gestion quantitative et qualitative des ressources en eau.
Cet objectif nécessite de mieux caractériser la formation des systèmes karstiques, par une approche intégratrice depuis l’architecture sédimentaire des formations carbonatées à l’origine d’une pré-structuration des réservoirs jusqu’à l’histoire post-dépôt où les propriétés réservoirs vont être modifiées par la diagenèse et les circulations de fluides.
La première étape sera de caractériser l’architecture et les faciès des systèmes carbonatés anciens, qui sont déterminées par des processus de dépôt.
La seconde étape se focalisera sur l’histoire post-dépôt en étudiant :
 (i) Les transformations diagénétiques qu’a subi le sédiment. Des études récentes ont montré qu’il existait une relation forte entre les paramètres sédimentaires et la diagenèse dans les formations détritiques (e.g. Morad et al., 2012 ; Fernando De Ros & Scherer, 2012), mais cette relation est moins bien comprise dans les roches carbonatées bien qu’elle contrôle la répartition des propriétés réservoir (Caron et al., 2012 ; Ritter & Goldstein, 2012 ; Andrieu et al., 2017).
 (ii) La chronologie des circulations et le type de fluides (température, chimie…) à l’origine de l’organisation des systèmes karstiques. Pour cela, des méthodes de quantification pointues seront utilisées : étude des inclusions fluides (salinité, température et deltaO18/deltaD), de la matière organique, datations U-Pb sur calcite, delta47…. (iii) Elles seront couplées à une analyse structurale et à l’étude des relations entre fracturation et mise en place des fluides plus ou moins polyphasée si une contribution de fluides profonds est identifiée.
L’étude se concentrera sur le Jurassique moyen et supérieur des Causses du Quercy (bordure nord-est du Bassin Aquitaine), qui se compose de dépôts carbonatés dans lesquels se développe un réseau karstique particulièrement important et profond (Husson et al., 2015, Husson et al., 2016). Le but sera d’aboutir à la conception d’un modèle de karstification novateur couplant sédimentologie, diagenèse, fracturation et hydrogéologie.

Résumé du projet de thèse en anglais : Karstic aquifers correspond to an essential resource for water but can be vulnerable. Understanding of its distribution and geometry is a key point for a better qualitative and quantitative management.
To Understand the formation of karst aquifers a large-scale approach is required : from the sedimentary architecture of the carbonate formations controlling the initial geometry of the reservoirs up to post-deposition events (including diagenesis, fluid-rock interactions, and brittle deformation), which control reservoir properties.
Firstly, the interaction between sedimentation (architecture, facies) and diagenesis will be performed in order to understand the distribution of reservoir properties of the Middle-Late Jurassic carbonate system.
The second step will be focusing on the mode and dynamics of karstification and its influence on the distribution of karstic networks :
1/ Diagenetic changes. Recent studies have shown strong relationships between sedimentary parameters and diagenesis for detrital formations (e.g. Morad et al., 2012 ; Fernando De Ros & Scherer, 2012), but this link is less clear for carbonate rocks although it obviously controls reservoir properties (Caron et al., 2012 ; Ritter & Goldstein, 2012 ; Andrieu et al., 2017).
2/ Timing and nature of fluids circulating in the system and at the origin of the karstic development. Paleotemperature and chemistry are key parameters which are necessary for the model understanding. Fluid inclusions, stable isotopes, organic matter evolution, U-Pb datings on carbonates and delta47 will be performed.
3/ Fracture analysis and timing of fracturation will be coupled to these data to reconstruct the timing of fluid circulation.
This study will be focussed on the Middle and Late Jurassic of the Quercy Causses (north-east border of the Aquitaine Basin) where a deep and developed karstic network has been described (Husson et al., 2015, Husson et al., 2016). The final goal will be the definition of an innovative model of karstification based on sedimentology, diagenesis, fracturing and hydrogeology.