Modélisation des processus diagénétiques dans les réservoirs carbonatés - Caroline PLANTEBLAT

Sujet de thèse  : Reconstruction et modélisation des processus diagénétiques de dissolution, de création de porosité et de cimentation dans le cadre des roches carbonatées de plate-forme.

Thèse CIFRE avec TOTAL en cotutelle avec l’université de Lausanne et Grenoble.

Directeur de thèse UJF : A-M. Boullier

Directeur à l’UNIL : K. B. Föllmi

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Résumé :

Objectif

Les processus de dissolution, de création de porosité et de cimentation dans les domaines des carbonates de plate-forme résultent des interactions des processus chimiques, physiques et biologiques souvent associés à des périodes d’émersions. Les réactions sont dirigées par des facteurs intrinsèques à la roche tels que la lithologie, le faciès, la minéralogie, le type de cimentation ou de figures sédimentaires et les microstructures tectoniques, et par des facteurs externes au système calcaire, comme la chimie de l’eau, le climat, l’activité biologique et le régime hydraulique.

Les processus de cimentation précoce sont importants et transforment des sédiments en roches, qui par la suite peuvent être soumis à l’émersion, à la dissolution et à la karstification. L’interaction entre dissolution des grains et des ciments dans un tel contexte déterminera les propriétés des roches et leur évolution au niveau de leur porosité et de leur perméabilité.

Ce mécanisme se met en place au moment où les plates-formes carbonatées émergent et sont soumises à l’altération. Cela revient à étudier ces phénomènes au voisinage des limites de séquence de dépôt.

Nous nous intéresserons également aux phénomènes de dolomitisation. La dolomite est un minéral fréquemment rencontré dans les carbonates de plate-forme, et un des buts de la thèse consistera à analyser les conditions diagénétiques menant à sa formation dans les secteurs étudiés. Ainsi, c’est le cas des plates-formes d’eau peu profonde comme les milieux lagunaires très confinés où l’activité des tapis microbiens peut jouer un rôle déterminant (Vasconcelos et al., 1995). Dans le cas des bordures de plate-forme et dans les zones liées au déplacement de la mixing zone, un type de dolomitisation peut également apparaître (Magaritz et al., 1980). Mais c’est au cours des émersions et des périodes d’intenses évaporation que le processus de dolomitisation peut s‘étendre à de très grandes superficies (Purser et al., 1994). Enfin la dolomie d’enfouissement va également être très présente sur le terrain.

Nous pensons étudier les problèmes de porosité et perméabilité dans une étude détaillée incluant des secteurs situés en Ardèche, dans le Gard et en y incluant des coupes précises dans le Vercors et en Provence.

Dans ces secteurs, nous aborderons d’une part les conditions de formation de dolomie et des problèmes de porosité qu‘elle génère, et d’autre part, nous nous focaliserons surtout sur les processus de dissolution et karstification. A Grenoble nous nous attacherons aux processus diagénétiques et aux expériences de laboratoire sur la dissolution, tandis qu’à Lausanne, l’analyse abordera les problèmes chimiques et géochimiques grâce aux équipements de laboratoire.

Méthodes utilisées

 Echantillonnage ciblé sur le terrain pour une caractérisation pétrographique, biologique et diagénétique des échantillons situés sous les limites de séquence ou immédiatement à leur voisinage. Nous n’excluons pas le développement particulier de la dolomie à proximité de certaines structures tectoniques.

 Analyses en isotopes stables (O, C) qui aideront à l’identification des fluides mis en jeu. Ces derniers évoluent progressivement lors de l’émersion à partir d’une composante marine dominante vers des fluides de mélange et enfin météoriques. Les proportions de mélange peuvent dépendre de l’amplitude de l’émersion.

 Analyses chimiques et minéralogiques qui nous permettront de compléter les données précédentes, lorsque des diagenèses polyphasées ont altéré les phases précoces de dissolution.

 Etudes ciblées de dissolution et évaluation des pertes de volume en utilisant le microscope confocal et le MEB.

 Modélisation des transformations diagénétiques dans les milieux karstiques, en utilisant les résultats des recherches sur les exemples de terrain et sur les analyses de dissolution menées au laboratoire à Grenoble.