Schorpp, Ludovic

2024, Schorpp, Ludovic, Renard, Philippe

Cette thèse a pour sujet d’étude la modélisation de l’hétérogénéité des aquifères et formations géologiques du Quaternaire. Plus particulièrement, elle cherche à intégrer au mieux les données géologiques existantes au sein des procédures de modélisation et à trouver des façons de les automatiser au maximum. Différents axes de recherches sont investigués afin de répondre à ces problématiques. Dans un premier temps, une revue littéraire des méthodes de modélisation de faciès, caractérisant largement l’hétérogénéité du sous-sol, est réalisée afin d’avoir une vue aussi complète que possible sur les algorithmes et méthodes existantes. Le but était aussi de proposer une classification récente et actualisée de ces méthodes dans le but d’aider à la sélection d’une méthode en fonction des situations. Les potentielles lacunes en matière de recherche dans ce domaine sont également identifiées. A la suite de cela, une proposition d’une approche hiérarchique, semi-automatique et stochastique, appelée ArchPy est proposée. Elle permet de facilement combiner l’expertise géologique, représentée sous la forme d’une pile stratigraphique, et les différentes données géologiques. Cette approche hiérarchique opère en trois étapes: unité stratigraphique, faciès et propriétés pétrophysiques. Elles représentent différentes échelles de complexité géologique et permettent d’atteindre une grande complexité en terme d’hétérogénéité. ArchPy a ensuite été utilisé sur différents sites géologiques afin de démontrer ses capacités de modélisation. Cependant, ArchPy est confronté à certains problèmes qui limitent son automatisation. En particulier, la difficulté associée à la construction de la pile stratigraphique a conduit à la proposition d’un nouvel algorithme pour déterminer automatiquement la pile stratigraphique sur la base des données lithologiques des forages. Une méthode est également proposée afin de résoudre le problème récurrent des informations stratigraphiques manquantes dans les données de forages. Une fois l’approche ArchPy mise en place, il est nécessaire d’affiner sa deuxième étape - la modélisation des faciès - qui est particulièrement délicate à modéliser en fonction du contexte géologique. Dans ce but, une nouvelle méthode de modélisation des faciès, appelée EROSim, permet de mieux représenter les structures sédimentaires. Cette méthode a la particularité qu’elle utilise des surfaces pour représenter les différents évènements géologiques pouvant affecter l’hétérogénéité d’une formation sédimentaire. Les outils et méthodes présentées montrent l’intérêt et le bénéfice des méthodes stochastiques, automatisées et en accès libre pour la modélisation géologique. ArchPy pose notamment les bases d’une boite à outils de modélisation géologique stochastique ayant un large panel d’utilisations, tel que la réalisation de modèles géologiques complexes ou le couplage dans des processus d’inversion. Cette thèse participe ainsi au développement d’une modélisation géologique devenant de plus en plus accessible et libre d’accès, pour le bien commun de la communauté géoscientifique, et au-delà. ABSTRACT The subject of this thesis is the modeling of heterogeneity in Quaternary aquifers and geological formations. More specifically, it seeks to integrate existing geological data into modeling procedures and find ways of automating them as far as possible. Various lines of research are being investigated to address these challenges. First, a literature review of facies modeling methods, characterizing the heterogeneity of the subsurface, is carried out in order to gain an overview as complete as possible of existing algorithms and methods. The aim was also to propose a recent and up-to-date classification of these methods, to help in the selection of a method according to the situation. Potential research gaps in this field are also identified. Second, an approach and module is developed to tackle the challenges of the thesis. The result is the proposal of a hierarchical, semi-automatic and stochastic approach, called ArchPy, which makesit easy to combine geological expertise, represented in the form of a stratigraphic pile, and various geological data. This hierarchical approach operatesin three stages: stratigraphic unit, facies and petrophysical properties. These represent different scales of geological complexity, and enable a high degree of heterogeneity to be achieved. In order to demonstrate ArchPy’s usefulness, it is then applied to different geological sites and improved at several pointsdepending on the situation. However, ArchPy faces some issues that limits its automation. In particular, the difficulty associated with the construction of the stratigraphic pile led to the proposition of a new algorithm to automatically determine the stratigraphic pile based on borehole records. A method is also proposed to solve the recurrent problem of missing stratigraphic information in drilling data. Once ArchPy approach is set up, it is necessary to refine its second step - facies modeling - which is particularly to accurately model depending on the geological context. To this aim, a novel facies modeling methods, called EROSim, to better represent sedimentary structures is proposed. This method is distinctive because it employs surfaces to represent various geological events that can impact the heterogeneity of a sedimentary formation. The presented tools and methods showcase the advantages and usefulness of stochastic, automated, and open-access methods for geological modeling. Specifically, ArchPy establishes the groundwork for a stochastic geological modeling toolbox with a broad range of applications, including the creation of intricate geological models or coupling in inversion processes. This thesis contributes to the development of geological modeling, which is becoming more accessible and available to the geoscientific community and beyond.