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Dynamique d'érosion fini-quaternaire dans le Bassin parisien par restitution de la géométrie 3D du mur des alluvions de fond des vallées de la Seine

Dynamique d'érosion fini-quaternaire dans le Bassin parisien par restitution de la géométrie 3D du mur des alluvions de fond des vallées de la Seine

Late Quaternary incision dynamics in the Paris Basin: 3D restitution of alluvium geometry in the bottom of major valleys in the Seine catchment

Proposition de thèse

Spécialité

Géosciences et géoingénierie

Ecole doctorale

GRNE - Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement

Directeur de thèse

NOBLE Mark

Co-encadrant

GRIMAUD Jean-Louis

Unité de recherche

Géosciences

ContactJean-Louis Grimaud
Date de validité

01/10/2020

Site Web
Mots-clés

la Seine, géomorphologie, stratigraphie, alluvion

Seine river , geomorphology, stratigraphy, alluvium

Résumé

Cette thèse fait partie du programme RGF-Bassin Parisienet portera sur la dynamique d'érosion fini-quaternaire au sein des vallées principales du bassin-versant de la Seine, à partir de l'architecture des nappes alluviales. Il s'agit en particulier de bien caractériser la géométrie de l'interface entre le substrat méso-cénozoïque et les alluvions les plus récentes pour tenter de distinguer les contributions respectives de la déformation, de la lithologie et des variations eustatiques ainsi qu'hydrologiques associées aux variations climatiques du Quaternaire. Les retombées scientifiques de cette étude seront à la fois :
- régionales en apportant de nouvelles connaissances sur les relations entre forçages géologiques et architecture des formations superficielles alluviales dans le Bassin parisien - où le Quaternaire est étudié en lien avec les occupations humaines ;
- thématiques en portant sur les phénomènes d'érosion régressive et l'ajustement des cours d'eau aux variations climatiques, en lien notamment avec les chutes du niveau de base.

Plus généralement, les résultats à grande échelle des incisions fini-quaternaires posent la question de la pertinence d'étudier le rééquilibrage des profils des rivières en réponse à des variations de niveau de base relatif, i.e., liées à l'eustatisme ou aux soulèvements tectoniques au sens large, à partir des profils en long extraits de la surface alluviale actuelle. En effet, ce dernier niveau semble davantage marquer l'alluvionnement lors de la remontée du niveau marin que la phase d'érosion. Enfin, les impacts de la lithologie, de la déformation ou des formes d'érosion transitoires le long des cours d'eau sur le volume des alluvions et sur la géométrie des incisions sont souvent évoqués, mais ne sont pas quantifiés. Des données récentes sur les grandes rivières mondiales (Colorado, Niger) montrent la persistance de l'impact de la lithologie sur l'évolution de leurs profils longitudinaux, tandis que la modélisation analogique souligne l'impact de la résistance du substrat sur la géométrie d'incision. La Seine fini-quaternaire apparait ainsi comme un laboratoire idéal pour tester plus précisément ces impacts dans le cadre des retombées scientifiques régionales et thématiques du projet.

Les alluvions de fond de vallée constituent des archives exceptionnelles pour mener ces analyses au cœur du Bassin parisien. Parce qu'elles sont plus difficilement accessibles (en coupe ou tranchée) que les terrasses perchées, ces alluvions de fond de vallée ont fait l'objet de moins d'attention. Il est aujourd'hui possible d'intégrer de nombreux forages accessibles via la BSS ou les travaux et données du Grand Paris Express. Enfin, de nombreuses données ont été acquises par l'INRAP lors de diagnostics ou de fouilles préventives donnant lieu à des descriptions détaillées des formations alluviales.

This PhD thesis is part of the RGF program and will focus on Late-Quaternary incision dynamics along the major valleys of the Seine catchment, mainly by looking at the architecture of their bottom alluvium infill. The purpose is to characterize the geometry of the erosive contact between the bedrock and the alluvium in order to decipher between the respective impacts of lithology, climate forcing (changes in eustatism and/or hydraulic regime) and large wavelength deformation pattern. Expected implications of this study are:
- (Regional) bringing new knowledge on the relations between geological forcings and alluvial sediment architecture in the Paris Basin, where Quaternary geomorphology is studied in relation with human occupation
- (Thematic) looking at regressive erosion dynamics and river long profile adjustment to climatic forcing related to base level fall.

Contexte

Currently, large-scale adjustment of river long-profiles is studied mostly based on alluvium surface topography, which is the result of latter aggradation and is not a direct observation of incision dynamics. This study aims at testing if the two observation are comparable. The impacts of substrate lithology, large-scale defomation or knickpoint dynamics are classically invoked but remain not well quantified. Recent data on big rivers (Colorado, Niger) highlight for instance the stability of knickzones along river profiles influenced by lithology. The Quaternary Seine River is a potentially fruitful test-area to further look into these relations.

Valley bottom alluvium is an exceptional archive for all these questions in the middle of the Paris Basin. Because it is not often outcropping, it remains overlooked compared to incised terraces on valleys slopes. Nowadays, a great deal of borehole data is accessible thanks to archeological studies (INRAP), national compilations by the BRGM and tunnel digging in process in the frame of the Grand Paris project. This PhD will combine borehole compilation, geophysical analysis, field study and a few new dating to propose a harmonized map of valley bottom alluvial fills together with a 3D reconstruction of the base of the alluvium in the Seine catchment.

Encadrement

Mark Noble, professor (MINES ParisTech)
Jean-Louis Grimaud, (MINES ParisTech)
Hélène Tissoux (BRGM)
Paul Bessin, (Université du Mans)
Pierre Voinchet, (Musée de l'Homme)

Profil candidat

Le candidat aura de bonnes connaissances en sédimentologie, géomorphologie et dynamique des rivières. Il devra être à l'aise sur le terrain et familier avec les logiciels de SIG afin de constituer une base de données solide. Une bonne partie du travail demandera de plus des connaissances en programmation sous R et l'utilisation de programmes d'interprétation géophysique. Quelques connaissances en techniques de datation (ESR, OSL, 14C) seront appréciées. La maitrise de l'anglais est par contre requise. De plus, des connaissances plus larges en géologie, (paléo-)climat et (paléo-)environnement seront nécessaires afin de replacer les résultats de la thèse dans leur contexte.

The candidate will have a good background in river dynamics (sedimentology - geomorphology). She/he will be familiar with fieldwork as well as GIS software in order to build up a solid database on channel fills geometry, i.e. combining field data and existing literature. Some knowledge on programming and dating techniques will be appreciated. Furthermore, a good background in geosciences, environment and reservoir will help putting the results of the PhD into perspective.

Références

Grimaud, J. L., Chardon, D., & Beauvais, A. (2014). Very long-term incision dynamics of big rivers. Earth and Planetary Science Letters, 405, 74-84.
Grimaud, J. L., Paola, C., & Voller, V. (2016). Experimental migration of knickpoints: influence of style of base-level fall and bed lithology. Earth Surface Dynamics, 4(1), 11-23.

Type financement

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