Contexte. La tâche « Variabilité spatiale et caractérisation des faciès carbonatés, argileux et évaporitiques du Cénozoïque, à haute résolution dans l’emprise du Grand Paris », est une des quatorze tâches du projet ciblé n°10 (PC10) S-PASS « Bassin Parisien – Ressources et usages du Sous-Sol urbain » https://www.soussol-bien-commun.fr/fr/s-pass-bassin-parisien-ressources-usages-du-sous-sol-urbain, du Programme d’Équipement Pluriannuel de Recherche (PEPR) « Sous-sol », financé par le France 2030. Coordonnée par l’Université Paris-Saclay, cette tâche rassemble également des chercheurs de l’ISTEP/Sorbonne Université, Biogéosciences/Université de Bourgogne, l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP)/Université Paris-Cité, Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Epoc)/Université de Bordeaux-Bordeaux INP, Université de Lyon 1 et le BRGM. Le PEPR finance notamment le salaire de post-doctorat de Thomas Munier, pour une durée deux ans, post-doc ayant débuté en avril 2025.

 

Problématique de la tâche. La compréhension des propriétés physico-chimiques à l’origine de la précipitation in situ des carbonates et des sulfates, ainsi que la quantification de la production, de l’export et du transport des carbonates – sulfates (paléo-circulations et circulations récentes) et des produits terrigènes (argiles, sables), sont des processus fondamentaux dont la bonne compréhension doit permettre de mieux modéliser la variabilité des faciès dans le temps et l’espace. Cette modélisation à haute-résolution sera un objectif affiché du projet S-PASS, un outil d’aide à la décision pour une meilleure identification, exploitation et gestion des ressources du sous-sol du Grand Paris. La compréhension des architectures sédimentaires et des propriétés pétrophysiques, dans un système mixte clastique (niveaux argileux), carbonaté et sulfaté, est un challenge fondamental qui doit prendre en compte les sources sédimentaires, la nature du transport, les flux sédimentaires et la diagenèse. Les rôles respectifs globaux (incursion marines, tectonique ou climat) et locaux (nature des particules/sédiments, karstification, productivité carbonatée in-situ, apports terrigènes, conditions trophiques, topographie, impact des communautés biologiques et plus particulièrement microbiennes) sur la dynamique sédimentaire de production, d’export et de transport du système mixte carbonaté/évaporite restent à investiguer pour déterminer la dynamique et leurs rôles respectifs. L’impact de ces processus sur la nature des environnements de dépôt et de leur hétérogénéité seront à définir, notamment sur la possible disposition en « mosaïque » des faciès sur la plateforme.

Par ailleurs, de nombreux niveaux argileux sont présents dans le sous-sol de l’emprise du Grand Paris. Des processus locaux de silicification (dans les carbonates, sables ou évaporites) peuvent se développer. Ces dépôts sont d’autant plus problématiques qu’ils peuvent contenir des argiles gonflantes et/ou de la pyrite qui sont instables lors de processus d’oxydation (excavation, creusement tunnelier, aménagements). Les processus diagénétiques de silicification, difficiles à prédire, posent des problèmes lors de l’avancement des tunneliers. La compréhension fine de l’architecture et de la nature de ces unités argileuses, mais également des dépôts évaporitiques ou carbonatés à fort potentiel de transformation apparaît donc de première nécessité pour mieux prédire les hétérogénéités, variations latérales et différences de comportement dans le contexte d’urbanisation du Grand Paris.

 

Méthodologie. Nous proposons dans ce projet de décrire et échantillonner des carottes disponibles à la Société du Grand Paris (SGP) et à la RATP afin de reconnaître la diversité des faciès dans un cadre géométrique, paléo-environnemental et stratigraphique bien contraint, en incorporant également les données diagraphiques (GR, résistivité, sonique…). De nouvelles contraintes temporelles via des analyses biostratigraphiques et/ou géochronologiques (U-Pb; isotopes du Sr) sur les carbonates et plus particulièrement microbiens seront réalisées afin de préciser les âges au sein de certaines formations. Des analyses géochimiques sur les carbonates et sur les évaporites, des analyses de la fraction argileuse et des analyses de la matière organique seront réalisées afin de distinguer l’origine et les sources potentielles des sédiments cénozoïques dans un continuum continent-océan. En effet, les milieux de dépôts marins ou continentaux conditionnent fortement la répartition spatiale des hétérogénéités de faciès et la diagenèse précoce associée.

Ces descriptions de carottes seront complétées par un travail sur des carrières souterraines (échelle d’un îlot / quartier urbain) en utilisant la photogrammétrie 3D afin de permettre la spatialisation des hétérogénéités de faciès, les variabilités chimiques ou minéralogiques et les surfaces clés, à l’échelle représentative d’un sous-sol urbain (XYZ : 1 km x 1 km x 50 m). L’objectif final sera de spatialiser les hétérogénéités de faciès et d’assurer le suivi des surfaces clés à l’échelle d’un ou de plusieurs quartiers urbains. La zone d’étude sera à dimensionner, en fonction des carottes disponibles à la SGP ou des carrières souterraines visitables en lien avec l’Inspection Générale des Carrières (IGC). Ces nouvelles données sur les formations carbonatées, sulfatées et argileuses fourniront un maillage pertinent quant à la variabilité des dépôts sédimentaires et de la surimpression diagénétiques les affectant dans la zone francilienne, indispensable pour la réalisation d’un modèle géologique haute-résolution 3D et du modèle géotechnique qui en dépend.

Etude des carrières souterraines

 

Porteurs: Benjamin Brigaud (Géosciences Paris-Saclay), Pierre Pellenard (Biogéosciences), Laurence Le Callonnec (ISTEP)

Source de financement : Projet ciblé n°10 (PC10) S-PASS « Bassin Parisien – Ressources et usages du Sous-Sol urbain » https://www.soussol-bien-commun.fr/fr/s-pass-bassin-parisien-ressources-usages-du-sous-sol-urbain, du Programme d’Équipement Pluriannuel de Recherche (PEPR) « Sous-sol », financé par le France 2030

Personnels impliqués à GEOPS : Benjamin Brigaud, Cédric Bailly, Gaël Monvoisin, Jean-David Moreau, Thomas Munier, Charlie Marconnet, stagiaires M2

Collaboration avec : Université Bourgogne Europe, Sorbonne Université, Université Paris Cité, Université de Bordeaux, Université de Lyon 1, et BRGM