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Griffon ou source latérale de la Fontaine de Vaucluse, la plus grosse exsurgence de France (Fontaine-de-Vaucluse, Vaucluse, 2007). © BRGM - François Michel

Modélisation géologique des alluvions de la Garonne : mise en place d’une méthodologie semi-automatique

16.07.2015
Dans la zone d’étude qui couvre la Garonne et ses affluents, le traitement de 1857 forages de la Banque du sous-sol (BSS) permet, en quelques minutes de calcul, l’obtention d’un modèle des épaisseurs d’alluvions.

L’approche semi-automatique en modélisation géologique vise la création de modèles, certes imparfaits et nécessitant la vérification du géologue, mais produits et mis à jour rapidement à partir d’une grande masse de données de forages.

Un programme informatique a été réalisé et testé sur la modélisation de l’épaisseur des alluvions de la Garonne et de ses affluents. Les approches usuelles de géostatistique maîtrisent mal ce type d’objet géologique complexe ; la production rapide de cartes permettra d’expérimenter les choix (interprétation des données, modèles mathématiques) pour la compréhension géologique et d’orienter les acquisitions et réinterprétations de données vers les zones à enjeu ou pour lesquelles la connaissance est insuffisante.

 
Épaisseur totale d’alluvions calculée ; les points verts représentent les données utilisées

Épaisseur totale d’alluvions calculée ; les points verts représentent les données utilisées

Contexte

Actuellement, il est difficile de proposer une modélisation satisfaisante et réaliste de l’épaisseur d’alluvions fluviatiles, du fait de la très forte anisotropie des phénomènes géologiques régissant leur mise en place. Les usages pour la société sont pourtant multiples, beaucoup de villes sont implantées le long des fleuves, les enjeux sont majeurs : mise en œuvre d’infrastructures, gestion et exploitation des matériaux de carrière,…

Objectif

L’idée sous-tendant l’approche semi-automatique est qu’à défaut de méthode apte à restituer fidèlement les phénomènes en jeu, l’exploitation d’un grand nombre de données devrait permettre d’approcher la réalité. Le BRGM peut décliner ce principe en s’appuyant sur les nombreux forages enregistrés dans la Banque du sous-sol (BSS).

Si l’expertise du géologue est indispensable pour que la modélisation garde un sens physique, le but d’une approche automatique est d’engendrer rapidement une première esquisse sur une grande surface que l’on peut confronter avec les hypothèses géologiques. L’automatisation du traitement permet en outre de mettre à jour rapidement des cartes, après acquisition de données nouvelles, ou de repérer des données a priori incohérentes.

Programme des travaux

À partir des données téléchargées depuis la BSS et sous le contrôle du géologue, un programme spécifique (écrit en langage de programmation R) code les forages, propose un modèle d’interpolation, recherche des données potentiellement incohérentes, puis construit et édite des cartes.

 
Schéma de principe de la méthode, distinguant les opérations automatisées, celles pouvant l’être prochainement et celles qui sont menées manuellement par le géologue

Schéma de principe de la méthode, distinguant les opérations automatisées, celles pouvant l’être prochainement et celles qui sont menées manuellement par le géologue

  • Codage des forages : à partir d’une pile stratigraphique et d’un lexique constitués par le géologue, l’outil code les données bss. Il reconnaît, par exemple, des alluvions récentes dans une passe décrite comme ℱz. Il étend ces propriétés à la succession des passes d’un même forage ; ainsi les passes alluviales situées au-dessus d’alluvions récentes seront codées de façon identique. Cela permet donc de contrôler dans une certaine mesure la cohérence de chaque description de forage ;
  • Codage des interfaces : les données de forages sont converties en épaisseurs exactes, minimales ou maximales, selon les relations décrites par la pile ;
  • Estimation du modèle à l’aide de variogrammes : le programme propose des fonctions de calage automatique des variogrammes par maximum de vraisemblance. 
  • Recherche des données “aberrantes” : les données qui s’écartent fortement des autres (au sens de la validation croisée) sont détectées. Le géologue peut ainsi porter son regard sur les données qui, potentiellement, auront un impact prioritaire sur la validité mathématique du modèle ;
  • Construction du modèle : un algorithme propose des points de contrainte pour assurer un respect (tout relatif) des contraintes d’inégalités. Le modèle intègre également le découpage de la carte géologique vectorielle.

Cette approche ne requiert que des informations génériques (pile, carte géologique, etc.). La mise à jour du modèle peut quasiment se faire au fil de l’intégration de nouvelles données.

Résultats obtenus

Dans la zone d’étude qui couvre la Garonne et ses affluents, le traitement de 1 857 forages de la BSS permet, en quelques minutes de calcul, l’obtention d’un modèle des épaisseurs d’alluvions, ainsi que la détection des points incohérents.

Données de sondages suggérées aberrantes par l’algorithme (points rouges) pour deux interfaces (mur des alluvions récentes et mur des alluvions anciennes)

Données de sondages suggérées aberrantes par l’algorithme (points rouges) pour deux interfaces (mur des alluvions récentes et mur des alluvions anciennes).

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