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Rocher en forme de bouteille renversée en équilibre, en granite rose de Ploumanac'h (Perros-Guirec, Côtes d'Armor, 2005). © BRGM - Sylvestre Le Roy

Modélisation géologique 3D : vers une cartographie prédictive du Régolithe pour les applications des géosciences

09.10.2017
La connaissance des couches géologiques meubles de surface (régolithe) est essentielle pour les collectivités territoriales directement impactées par les enjeux sociétaux et économiques que représentent l’aménagement du territoire (caractérisation géotechnique des parcelles à aménager), les changements climatiques, la gestion des ressources naturelles (eau, matériaux) et l’évaluation des risques (instabilités gravitaires, pollution des sols). Cette connaissance peut être aujourd’hui structurée au travers d’une modélisation géologique en trois dimensions permettant une mise en cohérence des données disponibles et un accès à une information continue, homogène et actualisable. Initiée en 2012 sur le département de l’Ille-et-Vilaine (35), la modélisation géologique 3D de l’ensemble de la région Bretagne s’est achevée en 2014. Elle s’est poursuivie sur le département de Loire-Atlantique (finalisé en 2016) pour, in fine, couvrir l’ensemble du Massif armoricain. Cette modélisation permet de valider la cohérence des données disponibles : contours des formations des cartes géologiques en 2D et information géologique ponctuelle enregistrée en fonction de la profondeur dans les forages (Banque de données du sous-sol). L’interpolation et les contrôles géostatistiques mis en œuvre permettent de représenter les surfaces et l’épaisseur des couches de sédiments « meubles » (alluvions récentes, altérites et sédiments anciens d’âge tertiaire) et d’obtenir une carte de l’altitude du toit du socle métamorphique et granitique.

Carte de l'épaisseur modélisée des altérites pour la région Bretagne et le département de Loire Atlantique. © BRGM

Carte de l'épaisseur modélisée des altérites pour la région Bretagne et le département de Loire Atlantique. © BRGM

Objectifs

Le projet « Régolithe » a pour objectifs de préciser les processus à l’origine de la formation des terrains du régolithe et d’en caractériser les géométries et les différentes propriétés physiques et chimiques. Dans ce cadre, l’analyse et la valorisation des données existantes, cartes géologiques et logs de forages vérifiés de la Banque de données du Sous-Sol (BSS), permettent de construire une représentation cohérente du sous-sol en trois dimensions, grâce aux outils de modélisation développés par le BRGM (GDM-Multilayer).

Programme des travaux

Les étapes majeures de la modélisation géologique consistent à :

  1. Harmoniser les données géologiques en entrée :
    • Définir une pile stratigraphique de référence intégrée dans la modélisation, en s’appuyant sur les connaissances géologiques, pour mettre en évidence, dans le cas de la Bretagne, des grands ensembles de sédiments meubles : alluvions récentes, altérites et autres dépôts sédimentaires ;
    • Vérifier la pertinence et la cohérence des données grâce aux options existantes dans le logiciel GDM-Multilayer et à la connaissance géologique au sens large : respect de la succession stratigraphique, cohérence d’altitude des forages (MNT de l’IGN), vérification des coordonnées des ouvrages et des doublons, analyse critique de l’information géologique ;
    • Attribuer des codes GDM aux forages sélectionnés provenant de la Banque de données du Sous-Sol (BSS) et dont les coordonnées X, Y et Z ont été vérifiées
    • Adapter les données d’entrée en fonction de leurs supports d’origine. Les logs de forages représentent une donnée ponctuelle précise, renseignée en profondeur, tandis que les contours géologiques sont définis à l’échelle 1/50 000 et sont le résultat d’une interprétation géologique à l’occasion du lever. Ainsi, seuls les contours de certaines formations géologiques sont conservés pour contraindre l’extension spatiale des interpolations (cas des alluvions récentes et des bassins sédimentaires d’âge tertiaire) et optimiser les temps de calcul.
  2. Construire le modèle géologique 3D :
    • réalisé sous GDM-Multilayer (version 7), à la maille carrée de 200 m, il intègre les failles majeures du substratum (socle métamorphique et granitique) ;
    • la caractérisation géologique est ici essentiellement portée par les données de forages, pour lesquelles la validation et le degré de confiance reposent sur des connaissances géologiques. Comme pour toute interpolation géostatistique en géosciences, la distribution spatiale des forages et le maillage d’entrée constituent des éléments déterminants pour la fiabilité des résultats calculés. Un poids important est donc attribué aux données observées, sans utiliser de source d’interprétation supplémentaire (modèle conceptuel).
    • les fonctions géostatistiques intégrées au logiciel GDM-Multilayer couplées aux outils de visualisation (coupes, blocs 3D) permettent également de valider les résultats obtenus.

Résultats obtenus

Les résultats de la modélisation géologique sont obtenus pour les surfaces géologiques et l’épaisseur des terrains qu’elles encadrent et sont représentés en cartes ou par un modèle visualisable en trois dimensions.

Depuis le lancement du projet, les données sont capitalisées et structurées. Ainsi, un ensemble de couches numériques dédiées aux formations géologiques de surface est disponible depuis 2010 via le portail InfoTerre du BRGM et rassemble les données suivantes :

  • carte de l’altitude modélisée du toit du socle métamorphique et granitique ;
  • carte de l’épaisseur modélisée des sédiments des bassins tertiaires ;
  • carte de l’épaisseur modélisée des altérites (régolithe au sens strict) ;
  • carte de l’épaisseur modélisée des alluvions récentes ;
  • carte de l’épaisseur modélisée des sédiments meubles associant alluvions, altérites et sédiments tertiaires.

Carte de l'épaisseur modélisée des sédiments meubles (m) pour le département de Loire Atlantique. © BRGM

Carte de l'épaisseur modélisée des sédiments meubles (m) pour le département de Loire Atlantique. © BRGM

RAPPORT PUBLIC

BRGM/RP-65102-FR - Régolithe : état de la connaissance sur les formations géologiques de surface - 2014 - Télécharger le rapport

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