Le socle et le Miocène

Le socle, déjà présenté au début du chapitre II et ne présentant pas un grand intérêt dans le cadre de l'étude hydrogéologique, sera considéré en tant qu'encaissant, sans distinction parti-culière.

Le Miocène est structuré par de grands accidents liés à l'effondrement de la marge lors de l'ouverture de la Méditerranée. Les observations de ces unités sont principalement effectuées sur profils sismiques. Dans le bassin du Roussillon, il est subdivisé en trois unités sédimento-logiques :

 le Miocène inférieur (24-16 Ma) : sédiments continentaux dont les matériaux constitu-tifs sont de plaines d'inondation et de quelques chenaux cimentés, affleurant à Vivès dans la vallée du Tech. Il est considéré comme très faiblement perméable ;

 le Miocène moyen (16-11 Ma) : sédiments marins de type molassique ou sableux, pos-sédant des propriétés aquifères possibles dans la zone de Pia [Ladouche et al., 2003] ;  le Miocène supérieur (11-6 Ma) : sédiments continentaux, reconnus dans la vallée de

l'Hérault et souvent associés à un événement tectonique daté du Tortonien.

Avec peu de forages et sans datation, l'information géologique du Miocène reste clairsemée et hypothétique dans le bassin du Roussillon. Seuls quelques forages sur le pourtour du bassin du Roussillon seraient susceptibles d'exploiter de manière concomitante les terrains d'âge pliocène et miocène. Sur d'autres secteurs, tel que le forage d'Argelès ayant atteint 400 m de profondeur (10976x0002/F), aucune venue d'eau n'est identifiée au delà de 200 m, limite entre le Pliocène et le Miocène. En conséquence, l'ensemble de ces unités sédimentologiques ne sera pas pris en considération lors de la conceptualisation hydrogéologique.

2.2. Le Pliocène

Les unités sédimentologiques du Pliocène occupent la plus grande partie du remplissage du bassin du Roussillon. Le contexte géodynamique particulier postérieur à la crise de salinité messinienne [Hsü et al., 1973] confère une organisation particulière des corps sédimentaires. Ces derniers se définissent selon la trilogie classique des Gilbert deltas [Gilbert, 1890] (figure 4 de la note SWIM), de la zone distale à proximale : (i) bottomset beds argilo-silteux marins ou Pliocène Marin Argileux -PMA-, (ii) foreset beds sableux, marins ou Pliocène Marin Sableux -PMS- et (iii) topset beds conglomératique à argileux, continentaux ou Pliocène Continental -PC-. Un quatrième corps sédimentaire a été identifié : les horizons palustres qui séparent le PMS du PC. Souvent constitué d'argiles, de débris de végétaux et d'inter-lits sa-bleux, le contexte de sédimentation était celui d'un environnement similaire aux étangs litto-raux actuels.

L'ensemble de ces corps sédimentaires est décrit dans la note insérée ci-dessus [Aunay et al., 2004]. Les éventuelles évolutions conceptuelles seront décrites dans les paragraphes suivants. Sur la figure 16 (ci-dessus), le Pliocène est subdivisé en plusieurs prismes : PT1 et P1 à P7.

 à la fin de la crise de salinité messinienne (5.3 Ma), les canyons messiniens sont noyés et sont transfigurés en profondes rias. La sédimentation zancléenne débute principa-lement par le combprincipa-lement de ces rias. PT1 correspond au premier Prisme Transgressif fossilisé lors de la remise en eau de la Méditerranée. Le PT1 a été identifié à proximité des limites du bassin. Les systèmes distaux du prisme PT1 ont aussi été déterminés dans le fond du bassin, dans les forages d'Elne et Canet ;

 lorsque le niveau marin est stabilisé à +80 m NGF [Hardenbol et al., 1998], le facteur prépondérant de la sédimentation dans les rias est constitué par l'apport détritique (peu d'influence maritime). Les prismes P1 et P2 illustrent cette sédimentation dominée par la dynamique gravitaire. Ils sont dénommés dans notre cas d'étude Gilbert delta s.s ;  puis, le comblement du bassin se propage depuis les bords du bassin (amont de la Têt

et du Tech) vers la mer ouverte. En conséquence, les zones de dépôt-centre avancent successivement depuis l'Ouest vers l'Est. Lors de ce déplacement, la sédimentation évolue depuis des termes de sédimentation en milieu assez fermé (P1 et P2 - Gilbert delta s.s), vers des termes plus marins, dominés par la houle : P3, puis tidaux : P4 à P7.

D'après les concepts de Homewood et al. [2002], l'organisation de P1, P2 et P3 est caractéri-sée par la progradation des corps sédimentaires ; cette dynamique relève d'une stabilité du niveau marin et d'une sédimentation à l'accomodation couplée à un fort flux de sédiments. Lors de la mise en place de P4, la tendance à l'aggradation se développe. Les origines peuvent être multiples et se conjuguer : augmentation de l'accomodation¹ (liée à la subsidence crois-sante ou à la baisse énergétique du flux de sédiments). Un retour temporaire de la sédimenta-tion à l'accomodasédimenta-tion est observable sur le prisme P5 ; puis cette tendance cesse avec une croissance de l'accommodation afin d'aboutir, cette fois à une sédimentation en rétrogradation (P6). Enfin, le dernier prisme retrouve une dynamique progradante.

Les prismes le plus distaux, P6 et P7, n'ont pas été reconnus en forage dans la plaine du Rous-sillon.

Avant de préciser la lithologie des différents prismes, rappelons que la sédimenta-tion du PC, du PMS et du PMA est synchrone le long d'un même profil de dépôt. En conséquence, à l'intérieur d'un même prisme, la transition entre PMS et PMA correspond à une limite "diffuse". Par opposition, cette limite peut-être nette dans le cas de superposition ou d'emboîtement de plusieurs prismes. En formalisant ces exemples, deux types de surfaces remarquables sont mis en évidence : (i) les sur-faces isochrones, qui limitent des ensembles de même âge tels que prismes sédi-mentaires montrant le passage graduel des faciès au sein des unités de temps (corps sableux et argileux contemporains des formations fluviatiles) et (ii) les sur-faces diachrones, qui limitent des ensembles de même environnement de dépôt et de même lithologie tels que les formations marines sableuses des formations continentales. La première limite diachrone identifiée dans le Roussillon différen-cie les corps marins des corps continentaux : la surface de Transition Marin / Continental [Clauzon, 1990]. Les déformations de cette surface, initialement ho-rizontale car en adéquation avec un niveau marin stable dans le Roussillon, met-tent en évidence compaction, subsidence ou tectonique.

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Accommodation : espace (volume) total disponible pour emmagasiner du sédiment ; en domaine marin peu profond, cela correspond en première approximation au volume délimité entre le niveau de la mer et le substrat au début de la sédimentation [Homewood et al., 2002].

a. Pliocène Marin Argileux - marine Pliocene aquiclude (bottomset beds)

Sur la figure 16, le corps sédimentaire du PMA est subdivisé en deux unités sédimentologi-ques : les silts marins et les argiles marines. Les silts marins se localisent, d'une part, dans la zone de transition entre PMA et PMS (limite diachrone diffuse) et, d'autre part, au sein même du PMA. La mise en place par glissement gravitaire justifie la présence de sédiments plus grossiers piégés dans des formations à granulométrie fine.

Ce phénomène a été observé dans de nombreux forages du Roussillon, où certains corps sableux métriques coexistent au sein de formations argileuses homogènes pluridécamétriques. Ces corps sableux, bien que souvent crépinés lors de la réalisation du forage, s'avèrent ensuite non productifs, car isolés au sein de formations peu perméables et ne présentent pas d'intérêt hydrogéologique.

b. Pliocène Marin Sableux - Sandy marine Pliocene aquifer (foreset beds)

Les unités sédimentologiques du PMS sont distinguées en fonction de la dynamique des modalités d'empilement. Les particularités de faciès des unités distales sont difficiles à déter-miner en raison de l'absence d'affleurement ou même de forage. Sur la figure 16, les prismes "PT1, P1 et P2" sont regroupés sous le faciès de Gilbert deltas s.s., ce qui correspond à une granulométrie plus grossière et à des pendages lithologiques beaucoup plus marqués que pour les prismes tidaux P4 à P7.

c. Horizons palustres - Continental Pliocene aquiclude

Ces horizons marquent la limite diachrone "Transitionnel Marin Continental", c'est-à-dire la limite entre le PC et le PMS. Pour plus de clarté et pour des questions d'échelle, les horizons palustres ne sont pas représentés sur la figure 16. Néanmoins, chaque prisme (P1 à P5) com-porte un horizon palustre localisé au toit des faciès marins.

d. Pliocène Continental - Continental Pliocene aquifer (topset beds) L'ensemble des formations du PC est regroupé au sein d'un même corps sédimentaire quel que soit le prisme contemporain de la sédimentation (P1? P2? ou P3?...). En effet, il n'a pas été possible d'appliquer une méthodologie efficace afin de distinguer ces prismes sédimentés en milieu continental. En conséquence, des propriétés hydrodynamiques différentes peuvent être attendues au sein du Pliocène continental, qui regroupe le PC des prismes P1 à P7.

Toutefois, au sein de l'alternance entre chenaux et plaine d'inondation, des faciès spécifiques ont pu être identifiés : les réseaux tresses sont distingués des réseaux méandriformes.

2.3. Le Quaternaire

Les prismes deltaïques zancléens ont été incisés par des érosions fluviatiles successives for-mant un système de terrasses alluviales étagées, conjuguées à des prismes marins. Des incerti-tudes subsistent sur l'âge des formations ainsi que sur leur dynamique sédimentaire.

La figure 16 (ci-dessus, p. 68) présente le schéma conceptuel sédimentaire des formations quaternaires. Ce schéma a été adopté mais n'a pu être confirmé sur l'ensemble du bassin. Il reste donc hypothétique et notamment en ce qui concerne l'extension spatiale du double prisme quaternaire¹. Ce dernier a uniquement été identifié en Salanque. Un forage stratigra-phique pourvu de datations est à l'étude dans cette zone afin de lever les incertitudes relatives à l'organisation et à l'architecture des sédiments quaternaires.

a. Le Quaternaire - Pléistocène et Holocène marin indifférencié La lithologie des systèmes pléistocènes s'apparente à celle des prismes pliocènes : des ensem-bles conglomératiques continentaux associés à des prismes sableux devenant argileux. Deux systèmes de ce genre ont pu être identifiés localement dans le bassin du Roussillon.

Les ensembles conglomératiques de type terrasses étagées sont dénommés TQ1 puis TQ2 (ou TQ lorsqu'il n'existe qu'un seul ensemble). Les prismes marins associés à ces terrasses, ainsi que les horizons palustres, sont désignés comme PQ1 et PQ2. Localement, dans la zone du Barcarès, le prisme transgressif antérieur à l'ensemble Q2 a pu être identifié ; il est désigné sous le terme PTQ2.

b. L'Holocène continental

Les sédiments holocènes sont composés par les alluvions des cours d'eau (conglomérat - sable) et par les dépôts des plaines d'inondation (silts beiges). Ils sont liés à la dernière trans-gression enregistrée il y a 8 000 ans environ.

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L'apport de la connaissance géologique

La figure 17 (ci-dessous) illustre l'importance du choix des concepts de corrélation : les mêmes données de puits peuvent conduire à trois inter-prétations géologiques différentes [Homewood et al., 2002]. Dans le cadre de la présente étude, les corrélations de stratigraphie séquentielle, pre-nant en considération l'accommodation et l'apport sédimentaire, sont ap-pliquées à l'ensemble des forages du Roussillon (cas n°3 de la figure 17). Le principe du partitionnement volumétrique met en évidence les différen-ces de sédimentation spatio-temporelle réparties le long du profil de dé-pôt. De manière explicite, les sédiments fossilisés lors d'une hausse rela-tive du niveau marin seront plutôt continentaux tandis que ceux préservés lors d'une baisse du niveau marin seront de type tidal en raison de l'éro-sion plus marquée.

La figure 17 met aussi l'accent sur l'importance qui doit être accordée à la qualité des interprétations géologiques en termes d'exploitation et de ges-tion des ressources en eau. De même, la modélisages-tion d'aquifères tabulai-res homogènes (cas n°1 de la figure 17) ne prendra pas les mêmes hypo-thèses de départ qu'une modélisation d'aquifères sous la forme de pris-mes discontinus et hétérogènes (cas n°3 de la figure 17).

Dans le cas du Roussillon, la figure 8 (p. 39) illustre les limites des corréla-tions lithostratigraphiques, tandis que la figure 16 (p. 27) présente un mo-dèle conceptuel géologique issu des concepts de stratigraphie séquen-tielle. Bien que certaines incertitudes persistent, ce modèle conceptuel ré-cent permet d'incrémenter la connaissance hydrogéologique, notamment en ce qui concerne les interactions entre aquifères, la continuité des aqui-fères et la distribution des faciès.

Figure 17 - Concepts de corrélation géologique [Homewood et al., 2002]

Chapitre IV

Formulation du modèle géologique