Sédimentologie, stratigraphie séquentielle et cyclostratigraphie du Kimméridgien du Jura suisse et du Bassin vocontien (France)

À l'heure actuelle, peu de travaux concernent les épaisses séries calcaires soi-disant homogènes du Kimméridgien du Jura central. Ainsi, la stratigraphie comme les facteurs (tectonique, eustatisme, climat, production et accumulation de carbonates) qui déterminent la dynamique de la plate-forme sont respectivement mal définis voire inconnus. L'analyse sédimentologique détaillée, l’interprétation séquentielle et cyclostratigraphique du Kimméridgien du Jura central et des corrélations avec le Kimméridgien du Bassin vocontien aboutissent à un cadre stratigraphique précis et de haute-résolution, à la définition des principaux facteurs qui déterminent le développement de la plate-forme peu profonde du Jura au cours du Kimméridgien, et à l’établissement d’un modèle de formation des séquences de dépôt du Kimméridgien inférieur du Bassin vocontien. L’étude détaillée des faciès sédimentaires de trois coupes – Gorges du Pichoux, Gorges de Court, et Péry-Reuchenette – situées au Nord-Est de Bienne en Suisse permet d’établir un modèle de faciès et une interprétation séquentielle et cyclostratigraphique précise du Kimméridgien du Jura central. Les faciès sédimentaires sont relativement diversifiés, et correspondent principalement à des milieux de dépôt de plate-forme interne, très peu profonds, calmes et à salinité variable. Basés sur l’évolution au cours du temps des environnements de dépôt, de l’épaisseur des bancs et des discontinuités, quatre ordres de séquences de dépôt sont définis: les séquences élémentaires, de court terme, de moyen terme et de long terme. Les différents types de séquences de dépôt sont hiérarchiquement empilés, et leurs rapports suggèrent que la dynamique de la plate-forme peu profonde du Jura était au Kimméridgien en partie contrôlée par les variations des paramètres orbitaux de la Terre. En l’absence de marqueurs biostratigraphiques précis, qui sont indispensables pour dater les intervalles stratigraphiques et confirmer l’hypothèse d’un contrôle orbital sur la sédimentation, les coupes du Jura central sont corrélées avec trois coupes du Bassin vocontien parfaitement datées par ammonites. L’interprétation sédimentologique, séquentielle et cyclostratigraphique de trois coupes – Montagne de Crussol, Châteauneuf d’Oze, et Gorges de la Méouge – situées dans le Bassin vocontien en France, aboutit à la définition de plusieurs ordres de séquences de dépôt, qui correspondent aux différents types de séquences observés dans le Kimméridgien du Jura central. Les similitudes qui existent entre l’interprétation séquentielle et cyclostratigraphique des coupes du Jura et du Bassin vocontien permettent à partir d’un niveau repère de corréler les coupes de la plate-forme et du bassin. À partir de ces corrélations de haute résolution, le cadre chronostratigraphique défini pour le Kimméridgien du Jura central et du Bassin vocontien est comparé à celui qui est proposé par HARDENBOL et al. (1998) pour le Kimméridgien du domaine téthysien. Cinq limites de séquences de troisième ordre sont définies qui correspondent à cinq limites de séquences de moyen terme définies dans le Jura et dans le Bassin vocontien. La durée des séquences de troisième ordre qui est donnée par HARDENBOL et al. (1998) est divisée par le nombre de séquences élémentaires qui est compté pour le même intervalle de temps dans la coupe des Gorges de la Méouge, qui est la plus éloignée de la plate-forme du Jura. D’après ces calculs, la durée d’une séquence élémentaire est approximativement égale à la période du cycle de la précession (i.e. 20 ka). De plus, les séquences de court terme sont généralement composées de 5 séquences élémentaires, et les séquences de moyen terme contiennent 4 séquences de court terme. En supposant qu’une séquence élémentaire dure 20 ka, la durée des séquences de court terme et de moyen terme correspond respectivement à la période du premier et du deuxième cycle de l’excentricité (i.e. 100 et 400 ka). De même, la durée des séquences de long terme varie entre 800 ka et 1,2 Ma, et correspond au troisième ordre de VAIL et al. (1991). Enfin, l’intervalle étudié comprend 32 séquences de court terme, qui représentent une durée totale de 3,2 Ma. La durée du Kimméridgien obtenue à partir des données radiométriques est égale à 3,12 Ma (GRADSTEIN et al., 1994; 1995; HARDENBOL et al., 1998). Par conséquent, la durée calculée à partir de l’interprétation cyclostratigraphique des coupes du Jura et du Bassin vocontien correspond aux résultats obtenus par ailleurs, et confirme la validité de la méthode employée dans ce travail. L’analyse des isotopes stables de l’oxygène et du carbone et des éléments traces (Sr, Mg, Na, Fe et Mn) a été réalisée sur la coupe des Gorges du Pichoux pour confirmer les corrélations entre la plate-forme et le bassin. La relation entre les résultats obtenus dans ce travail et ceux qui sont publiés pour les coupes de Châteauneuf d’Oze et de la Méouge (DE RAFÉLIS, 2000) n’est à priori pas évidente. Néanmoins, les variations du ∂13C et des concentrations en éléments traces sont cohérentes avec l’évolution de la plateforme du Jura au cours du Kimméridgien, et offrent de très intéressantes perspectives de recherche. Les corrélations des coupes du Jura central mettent en évidence deux parties principales. La partie inférieure s’étend de la zone d’ammonites à Platynota à la zone à Acanthicum. Elle est essentiellement composée de bancs calcaires fins à moyennement épais, et présente une quantité relativement importante de terrigènes (argiles, quartz et charbon) et de nombreux indices d’émersion. La partie supérieure comprend les zones d’ammonites à Eudoxus et à Beckeri. Elle se distingue par une grande proportion de bancs calcaires épais, par la quasi-disparition des terrigènes et des indices d’émersion, et par le développement des algues vertes. La limite entre ces deux parties correspond à la plus importante augmentation d’espace d’accommodation enregistrée au cours du Kimméridgien dans le Jura central. Par ailleurs, la partie inférieure se compose de deux parties distinctes qui sont interprétées comme des séquences de dépôt de long terme. La première séquence est comprise entre les zones d’ammonites à Platynota et à Divisum, et enregistre une diminution de l’espace d’accommodation et de la production de carbonates, alors que la deuxième séquence coïncide avec la zone à Acanthicum, et enregistre une importante augmentation de l’espace disponible et de la production de carbonates. Les deux séquences qui composent la partie inférieure de l’intervalle étudié correspondent respectivement à la fin du dépôt de haut-niveau (lHD) et au dépôt de bas niveau et transgressif (LD et TD) d’une séquence de dépôt de plus basse fréquence, alors que la partie supérieure est interprétée comme le début du dépôt de haut niveau (eHD). Enfin, les variations latérales de l’épaisseur des séquences de dépôt et l’évolution dans le temps des faciès sédimentaires mettent en évidence des événements tectoniques d’extension croissante de la partie inférieure à la partie supérieure du Kimméridgien du Jura central. Sur la base de l’ensemble des résultats obtenus dans ce travail, la diminution de l’espace disponible et de la production de carbonates entre les zones d’ammonites à Platynota et à Divisum résulte probablement des effets combinés d’un climat semiaride avec une saison humide relativement importante et d’une diminution du niveau marin eustatique de long terme. De plus, l’augmentation de l’espace disponible et de la production de carbonates dans la zone à Acanthicum est vraisemblablement la conséquence d’une augmentation de l’aridité, de la vitesse de subsidence du bassin et/ou du niveau marin eustatique. Enfin, les mêmes facteurs sont probablement la cause de l’importante augmentation de l’espace disponible et de la production de carbonates qui caractérise le Kimméridgien supérieur du Jura central. Conformément au Kimméridgien du Sud de l’Angleterre (TAYLOR et al., 2001), l’approfondissement majeur enregistré dans le Jura central est situé dans la zone d’ammonites à Eudoxus, et résulte de changements environnementaux majeurs liés au renforcement de l’activité tectonique globale. Les corrélations de haute résolution entre le Jura et le Bassin vocontien révèlent que les périodes de diminution ou d’augmentation de la production de carbonates mises en évidence sur la plate-forme coïncident respectivement avec des périodes de diminution ou d’augmentation de l’accumulation de carbonates dans le bassin. Par conséquent, le mécanisme déterminant dans la formation des séquences de dépôt au Kimméridgien dans le Bassin vocontien est probablement l’exportation de carbonates de la plate-forme vers le bassin. Différents modèles basés sur la combinaison des variations du potentiel de production des environnements marins peu profonds et du potentiel d’exportation, qui sont probablement influencées par plusieurs ordres superposés de variations du niveau marin relatif, sont proposés pour expliquer la formation des séquences de plus basse fréquence d’une part et des séquences de long, de moyen et de court terme d’autre part.