Comment réconcilier les descriptions mathématiques et naturalistes des objets géologiques plissés ?

Mercredi, 5 avril 2017

Des chercheurs de l’équipe RING1 de GeoRessources (Université de Lorraine/CNRS/CREGU), en collaboration avec l’équipe de géophysique structurale2 de l’Université de Monash (Australie), ont mis au point une nouvelle approche de modélisation, baptisée Implicit Folding, qui améliore la représentation numérique des structures géologiques plissées. Cette méthode rend possible la construction de géométries complexes du sous-sol. Ces avancées intègrent et mettent en équation deux concepts clefs en géologie structurale : (1) la relation géométrique entre les épisodes de déformation successifs, et (2) l’interprétation des traces laissées dans les roches par chacun de ces épisodes (foliations).

En géologie, chaque observation a son importance pour comprendre l’histoire et le comportement de notre planète. Les géologues, assemblent patiemment les pièces d’un vaste puzzle pour construire une histoire cohérente, souvent traduite sous la forme de carte et des coupes géologiques. À l’heure du numérique, ces cartes géologiques passent à la troisième dimension et se révèlent un outil formidable de découverte, de compréhension et de connaissance de notre planète, de ses ressources, de ses risques. Mais il faut, pour construire de tels modèles numériques 3D, extrapoler des observations souvent ponctuelles et parcellaires.


Méthode de comparaison des résultats obtenus par l’approche Implicit Folding (Laurent et al., 2016) par rapport à des méthodes de modélisation classiques, basées sur la minimisation de Laplacien. Un jeu de données comprenant des mesures d’orientation et la nature des roches a été généré à partir d’un modèle de référence. Ces données ont ensuite été traitées par un algorithme de modélisation classique et par la méthode Implicit Folding. La nouvelle approche, capable de prendre en compte les informations liées aux plis (foliations), présente un résultat plus proche du modèle de référence. / Crédits: Gautier Laurent

Depuis une trentaine d’années la géomodélisation s’est principalement intéressée à utiliser des données ponctuelles sur la position ou l’orientation des structures géologiques. Toutefois, ces méthodes, assez similaires à celles utilisées en infographie et en conception assistée par ordinateur, ne peuvent pas prendre en compte l’ensemble des informations disponibles en géologie. Le graal de la géomodélisation consiste donc à mettre au point des techniques mathématiques intégrant les grands concepts géologiques et structuraux. Un pas vers cet objectif vient d’être franchi grâce à la collaboration entre des chercheurs de l’équipe RING de GeoRessources et  de l’université de Monash. Ils ont mis au point une méthode pour intégrer les concepts d’historique de plissement et d’éléments structuraux dans les techniques mathématiques de pointe servant à la construction de modèles géologiques structuraux.

Plus les structures géologiques et l’histoire dont elles résultent sont complexes et plus il devient difficile de prédire la géométrie du sous-sol de manière fiable. C’est le cas par exemple des roches formant les socles métamorphiques où l’effet de plusieurs épisodes de plissements successifs peut souvent être observé. Heureusement, cette complexité peut être réduite par l’apport d’informations supplémentaires. En effet, les épisodes de déformations à l’origine des plissements n’affectent pas uniquement la géométrie des couches géologiques déformées ; ils laissent également des traces au sein de la roche sous la forme de foliations, crénulations ou linéations, que les géologues ont appris à déchiffrer, tel des indices pour guider la reconstitution de l’histoire géologique. Ce sont ces informations structurales que G. Laurent et ses collaborateurs ont proposé d’intégrer à la construction de modèles géométriques du sous-sol. Ils proposent de procéder par étape, en reconstituant d’abord les traces des épisodes de déformations les plus récents. Celles-ci sont généralement plus simples à traiter car elles ne sont pas affectées par d’autres épisodes plus tardifs. Elles sont ensuite utilisées comme référence pour déchiffrer les structures déformées plus anciennes et remonter progressivement le temps géologique.

Cette approche permet d’intégrer de précieuses informations structurales qui sont habituellement ignorées par le processus de construction des structures et améliore la cohérence des modèles générés.

Source(s): 

Gautier Laurent, Laurent Ailleres, Lachlan Grose, Guillaume Caumon, Mark Jessell, Robin Armit. Implicit modeling of folds and overprinting deformation, Earth and Planetary Science Letters  (2016), pp. 26-38, Décembre 2016

 

Contact(s):
  • Laurent Gautier, GeoRessources/OTELo
    g [dot] laurent [dot] research [at] gmail [dot] com, 03 83 59 64 38

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