Prise en compte de l'histoire géologique des structures dans la création de modèles numériques 3D compatibles

Taking into account the evolution of geological structures in the creation of compatible 3D numerical models

• Auteur / Autrice : Gautier Laurent
• Direction : Guillaume Caumon, Mark Jessell
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 02/04/2013
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GéoRessources (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Mary Ford
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Ailleres
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Tamy Boubekeur, Jean-Pierre Gratier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Géodynamique

Inversion (géophysique)

Tectonique

Modélisation tridimensionnelle

Modèles en géologie

Mots clés libres

Modélisation

Structures géologiques

Faille

Pli

Déformation

Scénario

Cinématique

Pseudo-mécanique

Paléo-géographique

Modelling

Geological structures

Fault

Fold

Deformation

Scenario

Kinematics

Pseudo-mechanics

Paleogeography

Résumé

La modélisation des structures géologiques est une étape cruciale de la construction de géomodèles. Elles conditionnent la répartition spatiale des propriétés du sous-sol et la connexion des différents volumes rocheux qui le constituent. Cependant, les données disponibles s'avèrent incomplètes et incertaines. A cela s'ajoute une incertitude sur les phénomènes géologiques ayant conduit à la formation des structures modélisées. De multiples interprétations sont donc généralement possibles. Les méthodes classiques de modélisation des structures reposent principalement sur une approche géométrique, statique et déterministe. En d'autres termes, l'approche consiste à déterminer la meilleure représentation possible des structures en se fondant sur des critères qui portent principalement sur la géométrie actuelle des structures, comme la minimisation de leur courbure, et sur leur compatibilité avec les données dans leur état actuel. L'histoire tectonique des structures n'est prise en compte que de manière indirecte par le modélisateur et la compatibilité cinématique et mécanique du modèle structural reste complexe à évaluer. Cette thèse explore différentes méthodes de modélisations permettant de mieux prendre en compte l'histoire tectonique des structures. Trois approches complémentaires sont développées. La première propose un opérateur cinématique représentant les déplacements associés aux failles. Il tire son originalité du système de coordonnées curvilinéaires utilisé pour décrire l'espace de la faille et de l'intégration progressive des déplacements permettant de contrôler leur évolution. La seconde approche propose un outil de déformation pseudo-mécanique permettant l'édition interactive des modèles structuraux et la simulation approchée de l'histoire tectonique qui leur est associée. Il repose sur un algorithme de déformation original, basé sur des éléments rigides, issu du domaine de l'infographie. Enfin, une troisième approche permet de répercuter l'historique de déformation sur le système de coordonnées utilisé pour la simulation des propriétés du sous-sol. Nous montrons comment ce système peut être construit grâce à la restauration des structures. Cette approche permet de modéliser les propriétés du sous-sol en s'appuyant sur des paléodistances compatibles avec l'ensemble des hypothèses structurales, cinématiques et mécaniques établies lors de la construction de l'histoire tectonique du géomodèle. Ces différentes approches ouvrent des portes prometteuses dans la prise en compte des aspects historiques, cinématiques et mécanique dans la modélisation des structures et des propriétés du sous-sol. Elles s'attachent à accroître la compatibilité des géomodèles et à simplifier la paramétrisation des déformations géologiques afin de faciliter la résolution de problèmes structuraux par des approches inverses

The main approaches to the modelling of geological structures are mainly geometrical, static and deterministic. In other terms, their geometry and connections are determined by applying criteria based on the compatibility with available data in their current state. The evolution of the geological structures is only integrated indirectly by the modeller and the kinematical and mechanical compatibility of the produced models remain difficult to assess. This thesis explores different methods which aim at better including the evolution of geological structures in the modelling process. Three complementary approaches are developed. First, a kinematical fault operator based on a 3D curvilinear fault frame is presented. It aims at progressively deforming the structures surrounding faults. The second approach is based on a pseudo-mechanical deformation tool inspired form computer graphics, based on rigid elements. It is used to interactively editing the structures and approximately simulate their deformation history. The last proposal is to compute the paleo-geographical coordinates from the restoration of geological structures. This way, the heterogeneities are characterised based on paleo-geographic distances which are compatible with the structural, kinematical and mechanical hypotheses specified when building the geological model. These different contributions open numerous perspectives to better take into account the evolution of the geological structures when modelling the subsurface and its heterogeneities. They help us to increase the compatibility of geomodels and simplify the parameterization of geological deformation to facilitate the characterisation of geological structures by inverse approaches