Soutenance de thèse de Pierre POLARD TAINE

Les sédiments carbonatés gravitaires déposés en milieu marin profond sont complexes, peu étudiés et difficiles à prédire dans les séries géologiques. Ils représentent à la fois des réservoirs potentiels d'hydrocarbure et des archives géologiques des variations environnementales. Les carbonates formés dans les milieux marins tropicaux sont extrêmement sensibles aux variations climatiques. L’étude de leurs réponses stratigraphiques nous informe sur ces variations et peut contribuer à améliorer les modèles de prédiction des variations climatiques futures. L’édification des plateformes carbonatées résulte en grande partie de la balance entre la production carbonatée peu profonde, sa capacité de préservation et d’export en environnement distal. L’interprétation des facteurs de contrôle agissant sur la production, le transport et la distribution des corps carbonatés gravitaires représente un double enjeu : (a) Scientifique, pour les reconstitutions paléoclimatiques, ainsi que la compréhension des archives climatiques, (b) Industriel, pour la prédiction des propriétés des réservoirs. Ce manuscrit présente une étude multi-échelle et pluridisciplinaire depuis la caractérisation des faciès à l'échelle du puits jusqu'à la modélisation stratigraphique à l'échelle régionale des Bahamas et de ses bassins associés, reconnus comme étant un des exemples modernes les plus représentatifs de la sédimentation carbonatée marine. Cette thèse étudie l'architecture stratigraphique des marges au vent et sous le vent, ainsi que les processus gravitaires et les facteurs de contrôle agissant sur le transfert de la production carbonatée depuis la plateforme vers les pentes et les bassins associés. L'intervalle de temps étudié est compris entre le Miocène supérieur et l'actuel (12 - 0 Ma). Cette période se distingue par des changements de régime eustatiques passant de cycles de 41 kyr à 100 kyr. C'est également une période clé dans l'histoire architecturale de la marge sous le vent du Grand Banc des Bahamas, puisqu'elle varie d'un système de rampe à un système très inclinée. La méthodologie utilisée associe plusieurs disciplines (sédimentologie, interprétation sismique, géophysique, modélisation stratigraphique) ainsi que des données d'origines diverses de forages et de géophysique scientifiques de la subsurface et du fond marin. Cette étude pluridisciplinaire a abouti à plusieurs résultats significatifs. Tout d'abord, elle a permis de caractériser l'architecture et la sédimentologie du système d'Exuma - Plaine abyssale de San Salvador depuis la base du Tortonien. Les résultats montrent que ce système est principalement en bypass, constitué de sables et très sensible aux variations eustatiques. Ensuite, l'étude a comparé la réponse stratigraphique des marges au vent et sous le vent en lien avec le type de production et en réponse aux facteurs de contrôle associés. Les résultats montrent que les deux marges présentent des architectures stratigraphiques opposées, des dynamiques sédimentaires et des taux de sédimentation exportés très différents. L'étude a également permis de caractériser à haute résolution les processus sédimentaires, la morphologie et les faciès récents du système d'Exuma à la Plaine Abyssale de San Salvador. Huit processus sédimentaires différents ont été identifiés, ainsi qu'une répartition spatiale des faciès liée à l'héritage structural. Par ailleurs, l'étude a quantifié l'impact de certains facteurs de contrôle sur l'architecture stratigraphique des marges au vent et sous le vent depuis la base du Pléistocène. Les résultats montrent que l'impact d'un facteur de contrôle n'est pas le même suivant la marge, et que la topographie initiale est le facteur dominant sur l'évolution stratigraphique des systèmes carbonatés. Enfin, l'étude a quantifié la production carbonatée de l'ensemble des Bahamas depuis le Tortonien.

Gravity carbonate sediments deposited in deep-sea environments are complex, poorly studied, and difficult to predict in geological sequences. They represent both potential hydrocarbon reservoirs and geological archives of environmental variations. Carbonates formed in tropical marine environments are extremely sensitive to climate variations. Studying their stratigraphic responses informs us about these variations and can contribute to improving models for predicting future climate changes. The construction of carbonate platforms is a balance between shallow water carbonate production, the preservation capacity, and the export to distal environments. Interpreting the controlling factors that affect the production, transport, and distribution of gravitaty carbonate bodies represents a dual challenge: (a) Scientific, for paleoclimatic reconstructions and the understanding of climatic archives, (b) Industrial, for predicting reservoir properties. This manuscript presents a multi-scale and interdisciplinary study from facies characterization at the well scale to stratigraphic forward modeling at the regional scale of the Bahamas and its associated basins, recognized as one of the most representative modern examples of marine carbonate sedimentation. This PhD studies the stratigraphic architecture of windward and leeward margins, as well as gravitaties processes and controlling factors affecting the transfer of carbonate production from the platform to slopes and associated basins. The time interval studied ranges from the upper Miocene to the present day (12-0 Ma). This period is characterized by changes in eustatic regimes from 41 kyr to 100 kyr cycles. It is also a key period in the architectural history of the leeward margin of the Great Bahama Bank, as it transitions from a ramp system to a highly inclined system. The methodology used combines several disciplines (sedimentology, seismic interpretation, geophysics, stratigraphic forward modeling) as well as data from various sources of scientific drilling and geophysics of the subsurface and seafloor. This interdisciplinary study has led to several significant results. Firstly, it has allowed for the characterization of the architecture and sedimentology of the Exuma-San Salvador Abyssal Plain system since the base of the Tortonian. The results show that this system is mainly in bypass, composed of sands and very sensitive to eustatic variations. Secondly, the study compared the stratigraphic response of windward and leeward margins in relation to the type of production and in response to associated controlling factors. The results show that the two margins present opposite stratigraphic architectures, very different sedimentary dynamics, and rates of exported production. The study also allowed for the high-resolution characterization of sedimentary processes, morphology, and recent facies of the Exuma-San Salvador Abyssal Plain system. Eight different sedimentary processes were identified, as well as a spatial distribution of facies linked to structural heritage. Additionally, the study quantified the impact of controlling factors on the stratigraphic architecture of windward and leeward margins since the base of the Pleistocene. The results show that the impact of a controlling factor is not the same on each margin, and that initial topography is the dominant factor in the stratigraphic evolution of carbonate systems. Finally, the study quantified the carbonate production of the entire Bahamas since the Tortonian.