Andra-Université Paris-Sud

Contrat de collaboration Andra/Université Paris-Sud. Etude structurale des affleurements bajociens de l’Est du Bassin de Paris : Apport sur la compréhension des structures N120° mesurées. Responsable scientifique: Y. Missenard. année  2013

Personnel et organismes impliqués:

Université Paris-Sud : Yves Missenard (Responsable Scientifique de l’Etude, Structuraliste; Maitre de conférences, Université Paris-Sud), Benjamin Brigaud (Maître de conférence, Sédimentologue, Université Paris-Sud), Isabelle Jouvie (étudiante stagiaire du Master1 « Sciences de la Terre» du Département des Sciences de la Terre d’Orsay)

Andra : Michel Hayet (correspondant Andra), Emilia Huret

 

Objectif et description du projet scientifique

Etat de l’art sur l’origine de l’orientation N120°

La sismique 3D haute résolution acquise par l’Andra en 1999, et en 2010 sur le site du laboratoire souterrain a montré la présence de rides d’orientation N120° d’allure anticlinale à la base des calcaires du Jurassique moyen. Les antiformes détectés en géophysique correspondent à l’expression sismique de bioconstructions coralliennes, constructions bien illustrées sur le terrain (Figure 1). Dans le cadre du contrat de collaboration Andra/UPS « Etude géophysique de surface des affleurements bajociens de l’Est du Bassin de Paris : Apport sur la compréhension des structures détectées en sismiques 3D dans la zone de transposition (ZT) », les analyses sédimentologiques couplées à des mesures géophysiques, acquises au cours de l’année 2012, indiquent que la position des constructions coralliennes s’alignant selon la direction N120° est guidée par la présence de dunes sableuses se mettant en place à la fin du Jurassique inférieur. Ces résultats nous amènent à faire une hypothèse sur l’alignement N120° des bioconstructions coralliennes :

(1) La paléo-géographie à la fin du Toarcien est propice à la génération de courants marins N30°, favorisant ainsi la migration de dunes sous-marines sableuses ayant des crêtes allongées N120°.

(2) Associées à une diminution de la tranche d’eau, des conditions climatiques optimales sont à l’origine du passage d’une sédimentation argilo-sableuse à carbonatée à la limite Jurassique inférieur et Jurassique moyen. Ainsi, la paléo-topographie accidentée à la fin du Jurassique inférieur, induite par les dunes sableuses, guiderait la localisation et la colonisation du milieu marin au début du Jurassique moyen par les coraux, s’implantant au somment de ces dunes sédimentaires de direction N120°.

Objectif du projet

Lors des observations sédimentologiques précédemment acquises, l’étude détaillée des fronts de taille en carrière a permis d’observer des fracturations, certaines d’entres elles ont été mesurées sur 2 fronts de taille surmontant le récif corallien d’orientation N120° de la carrière de Sommérecourt. Si la majorité des fractures correspondent à des joints subverticaux ou à des décrochements, une famille de failles d’orientation N120° a également pu être mise en évidence. Ces accidents de dimension pluri-métrique correspondent à des failles normales à pendage relativement fort, à rejet centimétrique à métrique.

Ces structures alignées N120° n’étant pas, a priori, une direction structurale fréquente dans les calcaires du Jurassique moyen de la zone d’étude, l’origine de ces fractures reste énigmatique. A notre connaissance, la littérature scientifique ne mentionne pas de telles orientations, pourtant bien visibles dans cette carrière (Kourdian et al., 2003, Bergerat et al., 2007). Cette observation très localisée amène à se poser un certain nombre de questions :

• Cette direction structurale N120° exprimée par ces failles est elle locale (structures secondaires associées à la faille de Vittel, située à 500 m du site ?) ou a-t-elle une extension régionale ?

• A quel événement tectonique peut-on relier le développement de ces failles ?

• Quel est le lien entre l’orientation N120° des récifs et la localisation de la fracturation ?

• Quel est le rejet maximum de ces fractures, et dans quelle mesure peuvent-elles se propager vers le haut et le bas de la série sédimentaire ?

• Où se localisent ces fractures par rapport aux bioconstructions ? (uniquement au-dessus, ou dessous)

• Les fractures sont-elles distribuées en réseaux ou dispersées de façon erratique, sont-elles connectée entre elles ?

• Quel est le signal isotopique des calcites remplissant les fractures N120° ? Est-il différent du signal des calcites remplissant d’autres fractures détaillées dans la littérature (André et al., 2010) ?

L’objectif de ce projet est de caractériser ces structures N120° à l’échelle locale et à l’échelle régionale pour les replacer dans le calendrier tectonique. Pour mener à bien cette étude, nous réaliserons une étude structurale systématique des carrières et affleurements de la région de Neufchâteau (Sommerécourt, Jainvilotte, Beaufremont, Rouvres-la-Chétive, Circourt et Attignévielle) en recherchant spécifiquement cette famille d’accidents N120° identifiée lors de la reconnaissance. Le soubassement des constructions sera analysé dans deux sites (Circourt et Attignéville) afin de pister l’existence de fractures. Une étude au microscope à cathodoluminescence et isotopique des calcites remplissant ces fractures est prévue afin de mettre en relation les différents régimes de contrainte avec le signal isotopique des calcites. En effet, la variation de la signature géochimique des différentes générations de calcites bloquant la porosité ou les fractures est bien contrainte régionalement (Brigaud et al., 2009, André et al., 2010). Ce travail permettra d’améliorer le calage temporel des différentes générations de fractures. Le but final est de pister l’extension de cette direction de fracture N120°dans la région de Neufchâteau, et surtout d’en préciser l’origine et l’extension.

Mots clefs : tectonique, Jurassique moyen, diagenèse, carbonate, fracture

Bibliographie

ANDRÉ, G., HIBSCH, C., FOURCADE, S., CATHELINEAU, M. et BUSCHAERT, S., 2010, Chronology of fracture sealing under a meteoric fluid environment: Microtectonic and isotopic evidence of major Cainozoic events in the eastern Paris Basin (France). Tectonophysics, 490: 214-228.

BERGERAT, F., ELION, P., FRIZON DE LAMOTTE, D., PROUDHON, B., COMBES, P., ANDRÉ, G., WILLEVEAU, Y., LAURENT-CHARVET, S., KOURDIAN, R., LEROUGE, G. et OTT D’ESTEVOU, P., 2007, 3D multiscale structural analysis of the eastern Paris basin: the Andra contribution. Mémoire de la Société géologique de France, 178: 15-35.

BRIGAUD, B., DURLET, C., DECONINCK, J.-F., VINCENT, B., THIERRY, J. et TROUILLER, A., 2009, The origin and timing of multiphase cementation in carbonates: Impact of regional scale geodynamic events on the Middle Jurassic Limestones diagenesis (Paris Basin, France). Sedimentary Geology, 222: 161-180.

KOURDIAN, R., LEROUGE, G. et OTT D’ESTEVOU, P., 2003, Consolidation du modèle structural de secteur – Analyse de microstructures tectoniques présentes dans l’Oxfordien et le Dogger calcaires. Rapport Andra C RP 0IGA 02-002/A. 318 p.