Carbonate sedimentology, sequence stratigraphy, and cyc-lostratigraphy of the Tithonian in the Swiss and French Jura Mountains

Cette étude a pour but une meilleure compréhension du développement de la plate-forme du Jura Suisse et Français à la limite Jurassique/Crétacé (J/K), avec un accent sur l’étude du Tithonien. Neuf coupes de référence ont été mesurées dans le Jura au nord-ouest de la Suisse et dans l’est de la France, dans les Alpes helvétiques et dans les Chaînes Subalpines au sud-est de la France. Leurs positions paléogéographiques étaient sur la marge nordouest de la Téthys Alpine. Six de ces coupes sont situées sur la plate-forme, une sur la pente et deux dans le bassin, couvrant un intervalle d’environ 11 Ma du Kimméridgien supérieur (155.2 Ma) au Berriasien moyen (141.0 Ma). Dans le Jura, l’enregistrement sédimentaire comprend une succession de carbonates lagunaires et péritidaux, qui représente une plate-forme carbonatée peu profonde. Les sédiments (hémi-) pélagique (remaniés) étudiés dans le sud-est de la France et dans les Alpes Helvétiques ont été déposés sur la pente et dans les bassins adjacents. Basé sur une description détaillée et une vaste analyse sédimentologique des coupes de référence, le développement et la diagenèse précoce de la plate-forme carbonatée au Jurassique supérieur/Crétacé inférieur sont interprétés. La dolomitisation stratiforme précoce joue un rôle important dans le Jurassique supérieur. Trois types différents de dolomie précoce sont observés et interprétés. Ils correspondent à trois différents mécanismes de dolomitisation : 1) un mécanisme de type reflux qui explique la majorité de la dolomie, 2) un mécanisme de dolomitisation qui dépend de a présence de matière organique dans des terriers et est probablement relié à la médiation microbienne et 3) la dolomie qui se forme par évaporation près de la surface des estrans tidaux. La dolomitisation massive survient souvent dans des dolomite caps qui définissent les parties supérieures des séquences haute fréquence du type shallowing upward. Les séquences sédimentaires existent à différentes échelles. L’enregistrement stratigraphique des coupes mesurées peut être subdivisé en séquences élémentaires, à court terme, moyen terme et long terme (3ème ordre). Ces séquences sont superposées à des changements du niveau marin de long terme (2ème ordre). L’intervalle étudié commence dans le Kimméridgien supérieur avec une période de création d’espace d’accommodation maximale, suivi par une longue régression dans le Crétacé inférieur. Selon les durées estimées d’après des données biochronostratigraphiques et un agencement régulier des bancs (stacking pattern), les séquences de moyen terme, court terme et élémentaires peuvent être interprétés en terme de cyclostratigraphie. Les séquences de moyen terme et court terme sont interprétées comme le cycle de 1er ordre et 2ème ordre d’excentricité (400 et 100 ka respectivement). Les séquences élémentaires peuvent en partie être liées au cycle de précession (20 ka). Cependant leur enregistrement semble être largement masqué par le bruit qui a été généré par des processus autocycliques, l’érosion et/ou l’omission. Les limites de séquences de long terme (3ème ordre) dans le Jura sont souvent formés par des limites de séquence de moyen terme bien développées, accentuées par la superposition des fluctuations à court terme (lié à un contrôle orbital) sur l’évolution à long terme des changements du niveau marin et/ou par la tectonique régionale. En utilisant des marqueurs lithostratigraphiques et séquentiels ainsi que les résultats des analyses des minéraux argileux, une corrélation détaillée pour les coupes de références du Jurassique supérieur et du début du Crétacé sur la plate-forme du Jura est établit. Basé sur de rares niveaux biostratigraphiques bien définis, l’enregistrement lithostratigraphique et séquentiel de la plate-forme est alors lié à un cadre séquentiel de long terme, déduit des coupes de bassin biostratigraphiquement bien définies. Cet approche permet une vérification du cadre séquentiel et cyclostratigraphique établis en projetant des biozones du bassin sur la plate-forme et de relier les changements lithologiques observés dans le bassin à des événements ou des changements paléoenvironnementaux, qui sont mieux enregistrés sur la plate-forme. Il en ressort que le cadre séquentiel et cyclostratigraphique développé se corrèle bien avec de nombreuses études de stratigraphie séquentielle à l’échelle Européen. Et que les durées estimées par l’analyse cyclostratigraphique sont bien en accord avec la charte chronostratigraphique et séquentiel de HARDENBOL et al. (1998). Pour la première fois, cela permet d’étudier le développement de la plate-forme et les changements environnementaux autour de la limite Jurassique-Crétacé dans le Jura suisse et français dans un cadre à haute résolution. Les analyses minéralogiques des argiles révèlent un épisode du Tithonien moyen au Tithonien supérieur, caractérisé par une très faible abondance de kaolinite (kaolinite minimum zone). La faible abondance de kaolinite indique la «phase aride du Jurassique supérieur» qui est connue dans toute l’Europe. Basée sur le cadre cyclostratigraphique développé, la durée de la phase aride du Jurassique supérieur dans le Jura est estimée à 8.4 Ma. De plus, les données lithostratigraphiques détaillées permettent de subdiviser la phase aride en une phase aride sensu stricto (aride, climat de désert) et une phase de transition avec un changement graduel vers des conditions semi-arides de type «méditerranéen». Une combinaison des arguments séquentiels, cyclostratigraphiques, bio- et chronostratigraphiques supporte l’hypothèse que le début de la zone minimum à kaolinite dans le Jura est isochrone au début de la zone minimum à kaolinite dans le Dorset, au sud de l’Angleterre. Des facteurs possibles pour ces changements climatiques majeurs sont discutés. Le scénario considéré comme le plus vraisemblable est un changement dans la courantologie du Proto-Atlantique. Ce changement était probablement lié à une combinaison d’une géométrie changeante du détroit entre Groenland et la Norvège dû à une forte activité de rifting et d’une évolution du niveau marin sur le long terme. Ces deux causes sont probablement liés à une réorganisation des plaques continentales qui précède l’ouverture de la partie nord de l’Atlantique Nord.