- Date de la demande : 09/01/2017 1- Identification du projet (en langue française)

- Acronyme du projet (8 caractères maximum) : Crut2sel - Intitulé du projet (en langue française) : Etude de la relation entre la segmentation, la nature et la thermicité crustale, et la déformation du sel en Méditerranée occidentale et du rôle des fluides dans la colonne sédimentaire.

2- Domaine d'innovation stratégique (DIS) du projet

- Cocher le DIS prioritaire au sein duquel le projet de thèse s'intègre. Vous pouvez mentionner un DIS secondaire (choix à indiquer et argumenter au point 5-Présentation du projet, paragraphe 6). Si aucun DIS ne correspond, cocher « Projet Blanc ».

□ DIS 1 : Innovations sociales et citoyennes pour une société ouverte et créative

□ DIS 2 : Chaîne alimentaire durable pour des aliments de qualité

X DIS 3 : Activités maritimes pour une croissance bleue

□ DIS 4 : Technologies pour la société numérique

□ DIS 5 : Santé et bien-être pour une meilleure qualité de vie

□ DIS 6 : Technologies de pointe pour les applications industrielles

X DIS 7 : Observation et ingénieries écologique et énergétique au service de l'environnement

X « Projet Blanc » - Préciser le sous-domaine correspondant : Pour une plus ample présentation des DIS et des sous-domaines, merci de vous référer au Schéma régional de l'enseignement supérieur et de la recherche disponible à l'adresse suivante : http://www.bretagne.fr/internet/upload/docs/application/pdf/2013-11/sresr_version_finale.pdf

3- Présentation de l’établissement porteur (bénéficiaire de l’aide régionale) - Établissement porteur du projet (implantation obligatoire sur le territoire régional) : UBO, I.U.E.M. Laboratoire Géosciences Ocean (LGO, UMR6538) - Ecole Doctorale : École doctorale des sciences de la mer

4- Identification du-de la responsable du projet (futur-e directeur-trice de thèse) - Nom et prénom : RABINEAU Marina - Genre du-de la responsable du projet (F/H) : F - e-mail : marina.rabineau@univ-brest.fr - Téléphone : 02 98 49 87 28 - Nom du laboratoire : Laboratoire Géosciences Ocean - Code du laboratoire (U/UMR/USR/EA/JE/…) : UMR6538 - Nom de l'équipe de recherche : DMR (Dorsales/Marges/Rifts) et PEPS (Paléobiosphère, Enregistrements Sédimentaires, Paléoclimats) - Nombre HDR dans le laboratoire : 22 (dont 4 émérites) - Nombre de thèses en cours : 24 - Nombre de post-docs en cours : 4 - Publications récentes du directeur-trice de thèse (nb total et 5 références max au cours des 5 dernières années) :

1- *Leroux, E., M. Rabineau, D. Aslanian, S.Molliex, F. Bache, C. Robin, D. Granjeon, C. Gorini, L. Droz, M. Moulin, J.-P. Suc, J-L. Rubino, High resolution evolution of terrigenous sediment yields in the Provence Basin during the last 6 Ma: relation with

climate and tectonics, Basin Research, in press, Basin Research DOI:10.1111/bre.12178 2- *Arab,M., Rabineau, M., R. Bracene, J. Déverchère, D. Belhai, F. Roure, A Marok, B.

Bouyahiaoui, D. Granjeon, P. Andriessen, F. Sage, Origin and Tectono-Sedimentary Evolution of the Eastern Algerian Basin (offshore) from Upper Oligocene to Present-Day, Marine and Petroleum Geology, vol. 77, Nov.2016, p. 1355-1375

3- *Molliex S., Rabineau M., Leroux E., Bourlès D.L., Authemayou C., Aslanian Daniel, Chauvet F., Civet F., Jouët Gwenael (2016). Multi-approach quantification of denudation rates in the Gulf of Lion source-to-sink system (SE France). Earth and Planetary Science Letters, 444, 101-115. http://doi.org/10.1016/j.epsl.2016.03.043

4- *Pellen, R., Aslanian, D., Rabineau, M., Leroux, E., Gorini, C., Silenzario, C., Blanpied, C., Rubino J-L., 2016. The Minorca Basin: a buffer zone between Valencia and Provençal Basins, Terra Nova. doi: 10.1111/ter.12215

5- Rabineau, M., S. Cloetingh, J. Kuroda, D. Aslanian, A Droxler, C. Gorini, D. Garcia-Castellanos, A. Moscariello, Y. Hello, E. Burov, F. Sierro, F. Lirer, F. Roure, P.A. Pezard, L. Matenco, Y. Mart, A. Camerlenghi, A. Tripati and the GOLD and DREAM Working Groups, Probing connections between deep earth and surface processes in a land-locked ocean basin transformed into a giant saline basin: the Mediterranean GOLD project, Marine and Petroleum Geology, Volume: 66 Pages: 6-17 Part: 1.

- Co-directeur-trice de thèse (éventuellement) : Maryline Moulin - Laboratoire de recherche co-encadrant (nom + code U/UMR/USR/EA/JE/…) Ifremer : Laboratoire de Géodynamique et enregistrement Sédimentaire (REM-GM-LGS)

5- Présentation du projet (en langue française, 2 à 3 pages) - Résumé du projet (15 lignes) : Les marges de Méditerranée, jeunes et d’un enregistrement sédimentaire exceptionnel, sont des laboratoires naturels permettant d’étudier en détail la genèse et l’évolution des marges passives, la relation entre processus profond et de surface, et le rôle de l’héritage tectonique et thermique. De plus, la couche de dépôt salifère Messinien fournit un jalon unique. Depuis son dépôt, cette couche a subi des déformations généralement associées à la tectonique gravitaire. Cependant, ce sel a été déposé en majeure partie dans les bassins profonds déjà formés, laissant peu d’espace pour des glissements. D’un autre coté, il existe une coïncidence entre sa morphologie et la nature du substratum, en Méditerranée comme en Atlantique Sud ou dans le G. du Mexique. Bien que ce paramètre soit étonnamment peu pris en compte dans les modèles, la déformation du sel dépend aussi de la température de façon non linéaire. La nature crustale, associée à des thermicités différentes, peut donc avoir un contrôle important sur la déformation et les géométries résultantes du sel. Les nouvelles données de flux de chaleur, de Chirp et de géochimie des fluides interstitiels acquises en Med. Occ. (WestMedFlux, 2016) donnent l’occasion de tester cette hypothèse : 1) sur les variations du comportement rhéologique de la halite en fonction de la température ? Existe-t-il des seuils 2) sur la relation entre la variabilité du flux thermique actuel et les géométries de la couche du sel déformé et est-ce que les fluides peuvent jouer un rôle ? 3) sur la morphologie actuelle du sel comme une fenêtre sur la structure profonde ? - Présentation détaillée du projet : L'étude des mécanismes de formation des marges passives, zones de transition entre le plateau continental et les domaines océaniques profonds, passe par la réponse à certaines questions qui ne sont pas encore résolues. Les modèles de genèse des ces marges passives (et des bassins intracontinentaux) peuvent au premier ordre se répartir en deux groupes : les modèles conservatifs, c’est à dire les modèles où la croûte évolue en système fermé, sans échange avec le manteau sous-jacent (par ex., McKenzie, 1978 ; Wernicke,1985 ; Lister et al., 1986 ; Whitmarsh et al., 2001 ; Lavier & Manatschal 2006, etc.) et les modèles non-conservatifs (Bott, 1971 ; Aslanian et al., 2009 ; Huismanns & Beaumont, 2011, 2014). Bien que les modèles conservatifs furent les plus utilisés pendant plusieurs lustres, les données acquises ces dernières années (par exemple : (Dupré, 2003 ; Moulin, 2003 ; Contrucci et al., 2004 ; Moulin et al., 2005a ; Moulin et al., 2005b ; Labails, 2007 ; Labails et al., 2007 ; Moulin et al., 2010 ; Aslanian & Moulin, 2012 ) ont

démontré que ces modèles ne sont pas applicables sur un grand nombre de marges passives : la croûte continentale perd, lors du processus d’amincissement qui accompagne la formation des marges passives, son intégrité et sa couche inférieure peut fluer (Aslanian et al., 2009 ; Huismanns & Beaumont, 2011, 2014), être en partie exhumée (Aslanian et al., 2009 ; Moulin et al., 2015, Afilhado et al., 2015, Jolivet et al., 2015 ; Evain et al., 2016, Aslanian & Moulin, in press), être intrudée par le manteau supérieur sous jacent ou même impliquée dans le processus de création de la première croûte océanique (Bott, 1971 ; Aslanian et al., 2009 ; Sibuet et al., 2012 ; Moulin et al., 2015, Afilhado et al., 2015 ; Evain et al., 2015). Dans ce contexte, il est important de mieux comprendre l’évolution de la thermicité dans la zone de transition océan-continent et son contrôle potentiel sur les modes de déformation de la couche du sel Messinien. Originalité et caractère innovant des recherches, approches méthodologiques De nombreuses études, structurales, sédimentologiques, stratigraphiques et géodynamiques, ont donc été entreprises dans le Golfe du Lion, en particulier dans le cadre du GDR Marges, et dans le basin liguro-provençal par le programme Action Marges Chantier Méditerranée occidentale). Les travaux récents (Bache, 2008 ; Bache et al., 2009, 2010, 2011, 2012, 2015 ; Garcia et al., 2011, 2013 ; Rabineau et al., 2011, 2014, 2015 ; Leroux et al., 2014, 2015a, 2015b, 2016a, 2016b, in press ; Moulin et al., 2015, Afilhado et al., 2015 ; Pellen et al., 2016) montrent en particulier l’ampleur des transferts sédimentaires et soulèvent de nouvelles questions du point de vue de la sédimentologie d’une part et du comportement de la marge d’autre part. Ce projet propose d’étendre les résultats obtenus sur la marge de Méditerranée Occidentale avec l’intégration de mesures de flux de chaleur récentes, de mesures géochimiques et de modélisation expérimentale. Les observations sur le bassin liguro-provençal montrent une coïncidence troublante entre la morphologie du sel (diapirs connectés, en canopée) et le changement de signature des anomalies magnétiques et gravimétriques qui semblerait indiquer la présence d’une croûte océanique (Leroux et al., in press).

Figure 1 : Carte des anomalies magnétiques (à gauche) et de la répartition des évaporites (à droite) dans le bassin liguro-provençal (d’après Leroux, 2013).

Cette coïncidence avec la nature du substratum a par ailleurs été confirmée lors de la mission de sismique Réfraction/réflexion Sardinia (Moulin et al., 2015, Afilhado et al., 2015, Leroux et al., in press). Le changement de comportement du sel dans le bassin liguro-provençal, d'une morphologie avec quelques diapirs isolés à une morphologie en canopée avec des diapirs interconnectés, est ainsi coïncidente avec ce que nous interprétons comme un changement de nature du substratum, passant à un domaine où l'on peut supposer un changement de morphologie du substratum mais aussi une augmentation thermique. Cette observation est également réalisée dans le bassin de l’Angola, où le passage de la croûte de type II, supposée autochtone, à la croûte de type III, supposée allochtone et correspondante à une phase d’exhumation, correspond à un changement net de la morphologie de la couche salifère (Fig. 2 Contrucci et al., 2004 ; Moulin et al., 2005 ; Aslanian et al., 2009), mais aussi dans le bassin de Santos, au large du Brésil (Moulin et al., 2012 ; Evain et al., 2015), et semble également être vérifiée dans le Golfe du Mexique.

Figure 2 : Interprétation issues de l’étude des profils sismiques et de la gravimétrie sur les marges Angolaise et de Campos (d’après Aslanian et al, 2009)

Deux hypothèses peuvent expliquer cette coïncidence entre changement de nature du substratum et changement de morphologie du sel

1) un changement de rugosité du substratum créant des reliefs qui induiraient une compression des couches salifères en glissement et permettraient la formation d’une morphologie en canopée 2) un changement de condition thermique qui influerait sur la rhéologie du sel.

Outre que le domaine dit intermédiaire, que ce soit dans le bassin provençal (Leroux et al., 2015 ; Moulin et al., 2015) ou sur la marge Angolaise (Moulin et al., 2005 ; Aslanian et al., 2009), subside de façon quasi verticale (sans tilt) et ne montre pas de pente subséquente dans ce domaine, le sel n’y repose pas directement sur le substratum mais sur une épaisse couche de sédiment de plusieurs km d'épaisseur : celle-ci adoucit (si elle ne les supprime pas) les reliefs potentiels dus à la nature du substratum et est rendre difficile l’acceptation de la première hypothèse. Nous proposons donc de tester l’hypothèse d’une influence thermique, à l’aide une modélisation analogique, associée à une étude géochimique et thermique. Le comportement mécanique du sel peut être étudié avec un dispositif très simple de test uniaxial. Le taux de déformation est mesuré à contrainte constante (poids « mort » de 1kg) (Figure 3). Les premiers expérimentations effectuées par R. Ziane (M2, 2014) sur les blocs de sel (halite) montrent que la déformation est fortement dépendante et non linéaire de la température et qu’en fonction de celle-ci il y a des changements d’ordre de grandeur important dans la déformation.

Figure 3: Dessin schématique de l'expérimentation sur

le taux de déformation en fonction de la température (gauche) et quelques premiers résultats qui sortent du M2 de R. Ziane (2012).

D’autre part, l’étude des traceurs géochimiques devrait permettre de confirmer ces croûtes de différente nature, ainsi que l’origine, profonde ou superficielle de certaines percolations de fluides suggérées par des profils de température courbés pendant WestMedFlux à l’aplomb des dômes de sel. La détermination de l’origine de ces fluides et de leur processus de transferts grâce à des mesures géochimiques pourra mettre en évidence le rôle du sel sur ces circulations. Les fluides interstitiels de méditerranée ne correspondent pas nécessairement à des dissolutions d’évaporites sous-jacentes, mais représentent dans certains cas des « reliques » de l’eau de mer Miocène dont la composition a été modifiée lors des processus d’évaporation intense, de la diagenèse, et/ou des phénomènes de transport (diffusion/ advection). Les eaux interstitielles ont ainsi enregistré l’histoire et l’évolution de l’épisode Messinien. Lors de la mission WestMedFlux-2016 (J. Poort & F. Lucazeau) un total de 143 mesures de flux thermique,

27 carottes sédimentaires, 3 600 km de bathymétrie multifaisceaux EM122 (dot 150km avec la colonne d’eau), 3 600km de sondeur de sédiment, 70 km de profils magnétiques et 3700 km d’ADCP ont été récoltés. Ces données ont été récoltées sur 5 différents zones (Figure 4) : la marge du Golf du Lion, la marge Ouest-Sarde, la marge Sud-Est des Baléares, la marge Sud-Ouest des Baléares et le Bassin de Valence. Ces nouvelles données acquises WestMedFlux, associées aux données antérieures (Progress, Sardinia, Amed) permettront de mieux quantifier l’effet de la thermicité sur la déformation de couches de sel, son rôle initial sur la structuration du sel, puis son rôle secondaire sur les migrations des fluides. Les différents aspects seront traités,

1) La géochimie des fluides interstitiels (majeurs, mineurs, isotopes) pour comprendre l'importance via les processus de migrations des fluides et leurs sources (données de la campagne WestMedFlux 2016)

2) Analyse des données de flux de chaleurs de surface en relation avec les différentes morphologies/structures de sel et la migration des fluides

3) L'étude des quantifications de la déformation du sel en fonction de la température en utilisant un dispositif expérimental de type modèle analogique

Figure 4. Le stations de flux de chaleur (par méthode de pogo et carottage) obtenus pendant la campagne océanographique WestMedFlux-2016.

Ces nouvelles données acquises en Méditerranée occidentale dans la zone de déformation de sel permettront de bien contraindre la thermicité et de tester l’hypothèse de la relation entre la nature crustale, les anomalies thermiques et la déformation du sel : 1) Est-ce qu’il existe des variations du comportement rhéologique de la halite en fonction des changements de la température sous une pression constante ? Existe-t-il un (ou plusieurs) seuil(s) comme semble l’indiquer les travaux préliminaires 2) Quelle est la relation entre la variabilité du flux thermique actuel et les géométries de la couche du sel déformé, et est-ce que les fluides peuvent jouer un rôle d’importance ? 3) Peut-on utiliser la morphologie actuelle su sel (anticlinal, dômes larges ou serrés) comme une fenêtre sur la structure profonde des marges ? Echéancier prévisionnel des travaux : Phase 1 (Mois 1 – 6) : Préparation les bases de données et étude littérature

• Intégrations des bases de données existantes et les nouvelles données WestMedFlux • Bibliographie générale sur les deux zones. • Comparaison avec les grands domaines salifères océaniques mondiaux (en particulier Golfe du

Mexique et Segment Central de l’Atlantique sud, Sel Triasique de l’Atlantique Central) Phase 2 (Mois 6-24) : Interprétation des données et expérimentations analogiques

- Interprétation en détail des données flux de chaleur et sondeur de sédiment de la campagne WestMedFlux

- Cartographie des unités sismiques et de la déformation - Expérimentations analogiques de la déformation du sel - Géochimie des fluides interstitiels (majeurs, mineurs, isotopes)

Phase 3 (Mois 25-36) : Synthèse et proposition d'un modèle thermique et rédaction.

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Evain, M., Afilhado, A., Rigoti, C., Loureiro, A., Klingelhoefer, F., Alves, D., Schnurle, P., Feld, A., Fuck, R., Soares, J., Carlos, Luis Matias, Benabdellouahed, M., Baltzer, A., Rabineau, M., Viana, A., Moulin, M. & Aslanian, D, Deep structure of the Santos Basin-São Paulo Plateau System (SSPS), Geophysical journal International, doi: 10.1002/2014JB011561, 2015.

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Politique régionale pour le développement de l’enseignement supérieur et de la recherche

Allocations de recherche doctorale (ARED) Fiche projet 2017

Région Bretagne - Fiche Projet ARED 2016 5

4-Profil du candidat (compétences scientifiques et techniques requises) : Candidat(e) ayant de solides bases en géologie-géophysique, niveau Master 2 ou équivalent. Des connaissances des méthodes de géophysique marine et géologie marine (sismique multi-traces, thermicité, interprétation séquentielle et stratigraphique, modélisation numérique et expérimentale) sont nécessaires. Une sensibilité aux données géochimiques sera bienvenue. Le candidat devra montrer un esprit de synthèse et être ouvert à la multidisciplinarité. Un fort potentiel pour le travail en équipe est aussi indispensable. 5-Positionnement et environnement scientifique dans le contexte régional, et le cas échéant, national et international : Le sujet proposé entre dans le cadre de deux équipes « Dorsales-Marges-Rifts» et « PEPS » (Paléoenvironnements, Enregistrements Sédimentaires, Paléobiosphère) nouvellement créées pour le nouveau quinquennal 2017-2021, ainsi que du Labortoire de Géodynamique et enregistrement Sédimentaire d’Ifremer ainsi que dans l’axe 4 du laboratoire d’Excellence Labex MER, en particulier dans la réorientation proposée pour la phase 2 « Source to Sink & Mud to Mantle » 6-Pertinence du projet au regard du DIS de rattachement (et/ou du DIS secondaire). Si « projet blanc », préciser les raisons de ce choix :

Ce sujet de thèse entre parfaitement dans les axes 3 (Activités  maritimes  pour  une  croissance  bleue )et 7 (Observation  et  ingénieries  écologique  et  énergétique  au  service  de  l’environnement) des domaines d’innovation  stratégiques  identifiés  par  la  Région.  Il  se  rattache  plus  particulièrement  aux  sous-­‐domaines  :  

3C- Valorisation des ressources minières marines et

7A- Observation,  surveillance  et  gestion  de  l’environnement  et  des  éco-systèmes et de leurs interactions.

7-Autres informations utiles (projet relevant des Objets d'excellence -OBEX-, ou des « Projets émergents de recherche » régionaux...) :

6- Projet de thèse en cotutelle internationale - S’agit-il d’un projet de thèse en cotutelle internationale (oui/non) : Non - Si oui, préciser l’établissement pressenti (et le pays de rattachement) : - Ce projet de thèse fera-t-il l'objet d'un cofinancement international (oui/non) : Non (Rémunération du doctorant par l'établissement implanté sur le territoire régional (18 mois sur 36 mois), et l'établissement étranger, qui s'engage également à rémunérer le doctorant dans le cadre de son séjour à l'étranger, soit durant 18 mois -a minima-) - En cas de cofinancement international, préciser -si vous en avez connaissance- l'organisation du calendrier des périodes de séjour :

7- Financement du projet de thèse - Part de l’enveloppe financière régionale affectée au projet :

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Allocations de recherche doctorale (ARED) Fiche projet 2017

Région Bretagne - Fiche Projet ARED 2016 6

□ Financement Région 100 %

X Financement Région 50 % (préconisé) - En cas de financement à 50 %, le cofinancement est-il déjà identifié (oui/non) : oui - Si oui, préciser la nature du cofinancement (ANR, partenaire privé, Ademe, etc.) : Ifremer - Si le cofinancement n'est pas encore confirmé, date prévue de réponse du cofinanceur : Février - En cas de non-obtention du cofinancement demandé, une autre source de cofinancement est-elle identifiée (oui/non) : UBO NB : attestation d'obtention d'un cofinancement ou à défaut, de la demande effectuée, à joindre au dépôt de cette fiche-projet.

Ce document est à renvoyer par l'établissement porteur pour le 29 janvier au plus tard à : ared@bretagne.bzh en mettant en copie l'ED concernée, ainsi que votre référente ARED au service SDENSU de

la Région Bretagne : caroline.mevel@bretagne.bzh