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Posté par Adrien le Jeudi 20/04/2017 à 00:00
Comment réconcilier les descriptions mathématiques et naturalistes des objets géologiques plissés ?
Des chercheurs de l'équipe RING de GeoRessources (Université de Lorraine/CNRS/CREGU), en collaboration avec l'équipe de géophysique structurale de l'Université de Monash (Australie), ont mis au point une nouvelle approche de modélisation, baptisée Implicit Folding, qui améliore la représentation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une...) des structures géologiques plissées. Cette méthode rend possible la construction de géométries complexes du sous-sol. Ces avancées intègrent et mettent en équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre...) deux concepts clefs en géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et λογος (logos, « parole », « raison »), est la...) structurale: la relation géométrique entre les épisodes de déformation successifs, et l'interprétation des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans le cadre du premier pilier...) laissées dans les roches par chacun de ces épisodes (foliations).

En géologie, chaque observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) a son importance pour comprendre l'histoire et le comportement de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...). 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 (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences...) du numérique, ces cartes géologiques passent à la troisième dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...) et se révèlent un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une...) 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 (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) 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 (L'infographie (aussi appelée faussement image de synthèse, terme qui se rapporte plus spécifiquement à la création d'images à...) et en conception assistée par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques...), ne peuvent pas prendre en compte l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...) des informations disponibles en géologie. Le graal de la géomodélisation consiste donc à mettre au point (Graphie) des techniques mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les transformations. Les...) 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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) 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 (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le...) du sous-sol de manière fiable. C'est le cas par exemple des roches formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est...) les socles métamorphiques où l'effet de plusieurs épisodes de plissements successifs peut souvent être observé. Heureusement, cette complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en...) 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 (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle...) de la roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux,...) 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 (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) 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.

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Source: CNRS-INSU