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Relief, Bassin et Ressources

Relief, Bassin et Ressources

Site web de l’équipe : http://hebergement.u-psud.fr/reliefetbassin

Responsable de l’équipe : Cécile Gautheron (Pr)

Chercheurs, Enseignants-Chercheurs : Jocelyn Barbarand (Pr), Antonio Benedicto (MCF), Thomas Blaise (MCF), Benjamin Brigaud (MCF), Guillaume Delpech (MCF), Yves Missenard (MCF), Beate Orberger (MCF), Maurice Pagel (Pr émérite), Bertrand Saint-Bezar (MCF), Philippe Sarda (Pr, 70%), Hermann Zeyen (Pr, 50%)

Doctorants : Abdelrajek Mahre, Floriane Ahadi, Mustafa Al Reda, Alexis Derycke, John Lee Dubos, Alice Recanati, Maxime Virolle

Post-doctorants : Anita Cadoux, Thomas François

ITA-IATOS : Claire Boukari (IE, 70%), Olivier Dufaure (AJT, 50%), Frédéric Haurine (IE, 33%), Serge Miska (AI, 30%), Julius Nouet (IE, 20%), Rémy Pichon (IEHC, 50%), Rosella Pinna (IE),

L’équipe en résumé : L’activité de l’équipe Relief, Bassin et Ressources vise à déterminer la déformation globale de la croûte continentale et son effet sur l’enregistrement des systèmes sédimentaires et des processus diagénétiques. Afin d’évaluer les mouvements verticaux au cours du temps, l’histoire thermique des bassins sédimentaires et des reliefs est reconstituée le plus précisément possible (carte ci-dessous) par les méthodes termochronologiques sur les apatites (traces de fission et (U-Th)/He. Cette histoire est d’une part dépendante des relations entre les reliefs, leurs exhumations, leurs érosions et l’accumulation dans les basins des différents produits. D’autre part, cette dualité entre histoire thermique des bassins et des reliefs entraîne de nombreux processus physico-chimiques (ou diagénétiques) comme les circulations de fluides, les dissolutions, minéralisations ou l’évolution de la matière organique, processus gouvernant les propriétés pétrophysiques (porosité, perméabilité) finales des roches sédimentaires des bassins.

L’histoire thermique des bassins, ses déformations et les datations de certaines minéralisations permettent de mieux comprendre les mécanismes et le timing de ces processus physico-chimiques (fracturation, circulation de fluide, minéralisations, modifications des propriétés pétrophysiques,...) associés aux gisements économiques (pétrole/gaz, U, stockages), ce qui amène l’équipe à des collaboration avec Areva, Gdf-suez, Total, le brgm, l’irsn ou l’Andra.

L’équipe travaille pour contraindre l’évolution verticale de la croûte continentale (subsidence des bassins, zones adjacentes en érosion) sur son évolution physico-chimique à l’aide de méthodes et disciplines variées et complémentaires :

- Thermochronologie traces de fission
- Thermochronologie (U-Th)/He
- Géochimie et diagenèse minérale
- datations
- Géochimie des gaz rares
- Microthermométrie des inclusions fluides
- Sédimentologie de faciès
- Stratigraphie séquentielle
- Géologie structurale
- Modélisation géophysique et géologique 3D (Petrel)
- Géophysique de surface

La problématique scientifique de l’équipe

Face aux problèmes climatiques reconnus par la communauté internationale, qui impliquent une diminution de la teneur en CO2 de l’atmosphère, et aux réserves limitées en énergie fossile, une recherche de haut niveau sur une meilleure compréhension du cycle de l’uranium et une investigation poussée du fonctionnement des bassins sédimentaires pouvant générer des ressources énergétiques (hydrocarbures ou géothermie) ou minérales (Fe, Mn, Fluor...) sont indispensables.

Dans le cadre du projet fédérateur Ressources du programme de recherche interdisciplinaire du CNRS NEEDS (Nucléaire, énergie, environnement, déchets, société) et en partenariat avec AREVA, les conditions de formation des gisements d’uranium sont étudiées dans l’équipe Relief, Bassin et Ressources, à partir de nouvelles approches microscopiques concernant la source, le transport et le dépôt de l’uranium et des éléments associés. Le projet fédérateur Ressources est co-dirigé par un membre de GEOPS et chaque année, les Journées Uranium, rassemblant environ 150 personnes travaillant dans les différents domaines de l’amont du cycle de l’uranium ont lieu à Orsay.

Dans le cycle de l’uranium, le stockage des déchets nucléaires est une étape qu’il faut absolument maîtriser, ce qui nécessite un groupement national des laboratoires réalisé dans le GNR FORPRO (FORmation géologiques PROfondes » – Programme interdisciplinaire CNRS "PACEN" - Programme sur l’Aval du Cycle et l’Energie Nucléaire) auquel l’équipe participe activement ; mais également à travers de collaborations avec l’Andra ou l’IRSN.
L’évolution diagénétique du site et de son environnement régional, en particulier l’évolution des paléo-environnements sédimentaires, de la porosité et de la température dans son cadre temporel est l’une de nos spécialités.

Cette expertise nous conduit à proposer de nouveaux modèles d’évolution thermique en les associant à une modélisation géophysique. De plus, un des objectifs majeur est de mieux comprendre les mécanismes et le timing des processus diagénétiques à l’origine des niveaux réservoirs dans les bassins, ceci nous amène à travailler en liaison avec ENGIE, TOTAL, Lundin Petroleum, Vermillon Energy ou l’ IFP. Un des défis en diagenèse est d’arriver à mieux comprendre la genèse des réservoirs profonds (>3500m). Le programme "CLAYCOAT - CLAY COATings in shallow marine deposits to improve reservoir quality prediction", dirigé par un membre de GEOPS et associant ENGIE, l’Université de Poitiers, l’Université de Bordeaux III et Paris-Sud, vise à comprendre la formation des tapissages argileux dans les estuaires et à mieux contraindre leur rôle sur la variabilité spatio-temporelle des qualités des réservoirs profonds. Un développement possible dans les années à venir sera de transposer ce type d’étude afin de mieux contraindre les gisements de géothermie profonde dans le bassin de Paris.

Au plan national, GEOPS développe le couplage des méthodes chronothermométriques traces de fission et (U-Th)/He et nous faisons des efforts particuliers pour la datation des épisodes de circulation en liaison avec l’histoire thermique du bassin. Le développement instrumental "maison" de la ligne d’extraction de l’hélium permettant de réaliser la thermochronologie (U-Th)/He sur apatite et les expériences de diffusion de l’hélium permettant de comprendre cette méthode fait actuellement l’objet du programme ANR HeDiff, programme porté par un membre de GEOPS. Un projet INSU et une collaboration avec le Brgm sont en cours sur les problématiques de datations de minéralisations économiques dans les bassins sédimentaires à l’aide des méthodes (U-Th)/He et Sm-Nd sur fluorines.

Les énergies renouvelables (éolienne, solaire, voiture hybride/électrique) sont de gros consommateurs de métaux de base (Al, Fe, Mn, Ni...) mais surtout d’éléments plus critiques comme les éléments des terres rares, fluor, cobalt, tantale, indium, galium, selenium... Un des défis pour réaliser dans de bonnes conditions la transition énergétique sera de réussir l’approvisionnement croissant futur de ces éléments ! Par exemple, la fluorine contient du fluor qui est un élément chimique indispensable à la fabrication de nombreux composants dans le domaine de l’énergie ou de l’automobile, deux secteurs importants pour l’économie française. Son utilisation s’invite même dans notre vie quotidienne en composant nos dentifrices, les mousses synthétiques de nos matelas, les gaz réfrigérants de nos réfrigérateurs ou nos casseroles au téflon.
Dans le cadre de l’action sur projet CESSUR « Connaissance et technologie du Sous Sol pour son exploitation et usage durable » de l’INSU, de la co-opération CNRS – CNRST "Exhumation du domaine de l’Anti-Atlas" et en partenariat avec le BRGM, les conditions de minéralisation des minéraux riches en Manganèse, Nickel, Fer ou Fluor dans les bassins sédimentaires sont étudiés à GEOPS. Au niveau responsabilité, un membre de GEOPS fait parti du comité thématique CESSUR.

Le projet ressources et histoire thermique des bassins est très structurant à l’échelle du laboratoire associant géochimistes, sédimentologistes, structuralistes et géophysiciens sur des thématiques environnementales et énergétiques qui intéressent fortement l’évolution de notre société.

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