Contributions du thermomètre ?47 et du chronomètre U-Pb à l’étude de l’histoire diagénétique, thermique, et hydrogéologique des réservoirs carbonatés du Jurassique Moyen du bassin de Paris

Résumé : Dans l’étude de la diagenèse des formations silico-clastiques ou carbonatées, il est souvent difficile de contraindre la température et l’âge des différents épisodes de cimentation ou de recristallisation. Le premier objectif de ce travail de thèse était de tester le potentiel de deux outils isotopiques récents (le géothermomètre des « clumped isotopes » ?47 et le géochronomètre U-Pb par analyse ponctuelle sur lame mince) dans le cadre de l’étude de la diagenèse des carbonates. Le deuxième objectif était de préciser l’histoire diagénétique, thermique, et hydrogéologique des réservoirs carbonatés du bassin de Paris. Pour atteindre ces deux objectifs, nous avons étudié des ciments de calcite et dolomite collectés dans les calcaires du Jurassique Moyen du dépocentre du bassin de Paris. La bonne caractérisation pétrographique et sédimentologique de ces échantillons, et le couplage entre les géothermomètres ?47 et inclusions fluides, nous ont permis d’accéder à plusieurs informations de premier ordre. Premièrement, nous montrons que le ?47 permet de reconstruire simultanément et précisément la température de formation des ciments diagénétiques dans la gamme 60-100°C (avec une précision de ~ 3-5°C) et la composition isotopique en oxygène des fuides (?18Owater) à partir desquels ces ciments ont précipités (avec une précision de ~ 1‰). Deuxièmement, nous présentons une amélioration des connaissances de l’histoire thermique et des périodes de paléo-circulation des fluides à l’échelle régionale dans le bassin de Paris. Notamment, le croisement du géothermomètre ?47 avec la méthode de datation U-Pb nous a permis pour la première fois de poser des contraintes thermo-chronologiques absolues sur l’ensemble des phases de circulations de fluides étudiées. Plus largement, ce couplage ?47 /(U-Pb) inédit dévoile un champ d’application nouveau en thermochronologie de basse température (10-100°C). Nous anticipons que ce travail initie de nombreuses applications pour l’étude des histoires thermiques des bassins sédimentaires, via l’analyse de la diagenèse des carbonates. Mots Clés : diagenèse des carbonates ; thermométrie ?47 ; chronométrie U-Pb ; inclusions fuides ; Bassin de Paris ; histoire thermique ; thermochronologie ?47/(U-Pb) Abstract : Diagenesis studies of both siliciclastic and carbonate rock units face the challenge of constraining the temperature and age of the successive episodes of mineral crystallization. The first objective of this PhD work was to test the potential of two recently developed isotopic tools (the "clumped isotopes" ?47 geothermometer and the laser ablation U-Pb geochronometer) to integrate conventional carbonate diagenesis studies. The second objective was to reconstruct the diagenetic, thermal and hydrogeological histories of the Middle Jurassic carbonate reservoirs of the Paris Basin. To achieve these goals, we studied sedimentary and diagenetic carbonates mostly collected from the basin subsurface (i.e. exploration cores). The good sedimentological and petrographic characterization of the samples, together with the analysis of fuid inclusions and ?47 thermometry, allowed us to determine the temperature and the chemical/isotopic compositions of the mineralizing fuids, to finally reach several first-order information. First, we show that the ?47 allows to simultaneously and precisely reconstruct the formation temperature of diagenetic carbonates in the range 60-100 °C (with an accuracy of ~ 3-5°C) and the oxygen isotopic composition of the parent uids (?18Owater) with a precision of ~ 1 ‰. Secondly, this work improves our knowledge on the thermal history and past fuid- flows having occurred at the basin scale. In particular, the coupling of the ?47 thermometer with the U-Pb chronometer permitted, for the first time, to set absolute thermo-chronological constraints on each of the fluid- flow episodes investigated. More broadly, this unprecedented ?47 /(U-Pb) coupling reveals a wide spectrum of applications in the low-temperature thermo- chronology domain (10-100°C). We anticipate that this thermo-chronological approach will stimulate future applications in the analysis of sedimentary basins via carbonate diagenesis studies. Keywords: carbonate diagenesis; ?47 thermometry; U-Pb chronometry; fluid inclusions; Paris basin; thermal history; ?47 /(U-Pb) thermo-chronology