Caractérisation des hétérogénéités réservoirs dans les carbonates continentaux du Cénozoïque du bassin de Paris : Liens entre faciès sédimentaire, diagénèse et propriétés pétrophysiques

L'intérêt porté aux carbonates continentaux n'a cessé de croitre ces dernières années pour leur usage comme réservoir géologique (géothermie, eau, stockage), comme matériaux (pierre de construction) ou pour la géotechnique, notamment dans la métropole du Grand Paris. Cependant, ces carbonates sont très hétérogènes, causant des variations spatiales des propriétés acoustiques ou d'écoulement difficilement prévisibles. Pour mieux prédire ces hétérogénéités, ce travail vise à établir des relations entre les propriétés pétrophysiques, les faciès et la diagénèse des carbonates continentaux du Cénozoïque du bassin de Paris. L'étude multi-approche (sédimentologie, biostratigraphie, diagénèse, géochimie, matière organique) du forage de Maisse a permis d'établir une nouvelle coupe sédimentaire de référence pour le sud du bassin, où le cadre stratigraphique était mal contraint. Une nouvelle classification des environnements de dépôt et des faciès est proposée en fonction de leur relation avec le domaine marin. Le lac côtier se marque par l'occurrence de rares incursions marines (Bartonien-Rupélien), tandis que le lac intérieur est totalement déconnecté du domaine marin (Rupélien et Aquitanien). La phase d'aridification de l'Eocène se traduit par le dépôt d'évaporites dans le lac côtier et la formation de calcretes dans le domaine palustre associé. Au contraire, le climat plus tempéré de l'Oligocène et du Miocène implique la formation de faciès microbiens dans le lac intérieur et de faciès palustres peu développés. La diagénèse est limitée à des recristallisations locales dans les faciès lacustres côtiers, et aux surfaces d'émersion dans les faciès lacustres intérieurs, tandis que des phases de cimentation, de dissolution ou de remplacement modifient les faciès palustres. Une période d'intense karstification et de cimentation est datée par U-Pb de la fin du Rupélien au Chattien. Les carbonates lacustres et palustres karstifiés se sont déposés lors du début de cette phase au Rupélien, démontrant la précocité de la diagénèse dans ces environnements. Cette karstification correspond ensuite à une grande lacune sédimentaire au Chattien en lien avec un soulèvement généralisé du bassin. D'autres phases de cimentation sont enregistrées au Burdigalien et au Messinien lors de périodes de déformation du bassin. Les carbonates continentaux étudiés présentent une grande variabilité de valeurs de porosité (1,7 à 40,5 %) et de perméabilité (10-3 mD à 2 D). À l'échelle de la carotte, la perméabilité est contrôlée par les pores vacuolaires provenant de la dissolution du carbonate et par la cimentation ou non d'une fine épaisseur de calcite isopaque autour des pores. Ces pores se retrouvent principalement dans les carbonates palustres, pour qui les vitesses acoustiques sont anormalement élevées pour une porosité donnée, tandis qu'ils sont rares dans les faciès lacustres, où les vitesses peuvent être anticipées par les modèles prédictifs. Les indices d'émersion aux toits des bancs provoquent une anisotropie verticale et sont à l'origine de drains préférentiels horizontaux à l'échelle de la formation.