Geometry and source-to-sink of a retro-foreland basin during its late to post-orogenic evolution : the case example of the Pyrenees / Aquitaine Basin / Bay of Biscay from 38 to 0 Ma

Le propos de cette thèse est d’étudier le système « source-to-sink » du système Pyrénées et de son rétro-bassin d’avant-pays, le bassin d’Aquitaine et de son équivalent profond, le golfe de Gascogne (« Bay of Biscay »), durant le Cénozoïque. Ce travail a nécessité (1) une ré-évaluation biostratigraphique, (2) une analyse en termes de stratigraphie sismiques et une quantification des volumes de sédiments préservées, (3) une quantification des volumes érodés issus du Massif central, (4) une quantification des volumes érodés issus des Pyrénées, (5) une synthèse de l’ensemble de ces données. Le passage de la phase orogénique à post-orogénique s’opère entre 27.1 et 25.2 Ma. Il correspond à la succession de trois surfaces d’érosion qui fossilisent l’ensemble les structures compressives. La période orogénique est découpée en deux phases distinctes, (1) jusqu’à 43.5 Ma (Lutétien), est caractérisée par une forte subsidence au front du Chevauchement Nord-Pyrénéen, (2) de 43.5 à 27.1 Ma, est caractérisée par la migration de la subsidence vers le bassin, dans des sous-bassins contrôlés par l’activité des chevauchements. La période post-orogénique est découpée en deux phases distinctes, (1) de 25.2 à 16 Ma environ, correspond à la mise en place du rebond isostatique, (2) entre 16 et 10.6 Ma, correspond à une surrection de l’ensemble du système. Cette phase correspond à un évènement ouest-européen sans doute lié à une activité mantellique. La quantité totale de roches préservés dans le bassin d’Aquitaine et le golfe de Gascogne est de 92 200 km3. La répartition des sédiments préservés au cours du temps évolue en faveur du bassin d’Aquitaine entre 66.0 et 33.9 Ma et en faveur du golfe de Gascogne entre 5.3 et 0 Ma. Cette balance est due aux différents stades d’évolution de la subsidence/surrection dans le bassin d’Aquitaine. Les taux de sédimentations montrent deux périodes d’augmentation des flux sédimentaires, la première à la limite Eocène-Oligocène que nous relions à la fois à la période d’exhumation paroxysmale pyrénéenne mais également au refroidissement global contemporain. La deuxième, à 5.3 Ma, semble correspondre à l’augmentation mondiale des flux, dont l’origine climatique est favorisée par les auteurs. La quantité totale de roches érodées issues des Pyrénées et du Massif central est de 34 335 km3. La différence observée entre les volumes sédimentés et les volumes érodées peut s’expliquer par l’apport de sédiments issus des courants à partir du Pliocène, la non prise en compte des volumes issus des massifs cantabriques et une sous-estimation des volumes érodés.The purpose of this thesis is to study the "source-to-sink" system of the Pyrenees system and its retro-foreland basins, the Aquitaine basin and its deep equivalent, the Bay of Biscay during the Cenozoic. This work required (1) a biostratigraphic re-evaluation, (2) an analysis in terms of seismic stratigraphy and quantification of preserved sediment volumes, (3) a quantification of eroded volumes from the Massif Central, (4) a quantification of the eroded volumes from the Pyrenees, (5) a synthesis of all these data. The transition from the orogenic to the post-orogenic phase occurs between 27.1 and 25.2 Ma. It corresponds to the succession of three erosional surfaces that fossilize the entire compressive structures. The orogenic period is divided into two phases, (1) up to 43.5 Ma (Lutetian), is characterized by a strong subsidence at the front of the North-Pyrenean-Thrust, (2) from 43.5 to 27.1 Ma, is characterized by the subsidence migration toward the basin, in sub-basins controlled by the thrusts activity. The post-orogenic period is divided into two phases, (1) from 25.2 to 16 Ma approximately, corresponds to the establishment of the isostatic rebound, (2) between 16 and 10.6 Ma, corresponds to an uplift of the whole system. This phase corresponds to a West European event undoubtedly linked to a mantle activity. The total quantity of rocks preserved in the Aquitaine basin and the Bay of Biscay is 92 200 km3. The distribution of sediments preserved over time evolves in favor of the Aquitaine basin between 66.0 and 33.9 Ma and in favor of the Bay of Biscay between 5.3 and 0 Ma. This balance is due to the different stages of evolution of the subsidence / uplift in the Aquitaine basin. The sedimentation rates show two periods of increase in sedimentary fluxes, the first at the Eocene-Oligocene limit, which we relate to both the period of Pyrenean paroxysmal exhumation and to contemporary global cooling. The second, at 5.3 Ma, seems to correspond to the global increase of fluxes, whose climatic origin is favored by the authors. The total amount of eroded rock from the Pyrenees and the Massif Central is 34 335 km3. The difference observed between the sedimented volumes and the eroded volumes can be explained by the contribution of sediments resulting from the currents from the Pliocene, the not taking into account the volumes coming from the Cantabrian massifs and an underestimation of the eroded volumes