Création et modification de modèles géologiques par champs de potentiel. Application au modèle GeoChron, Creating and editing geological models with level sets. Application to the GeoChron model

AVERTISSEMENT



Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l’auteur au même titre que sa
version papier. Ceci implique une obligation de citation et de
référencement lors de l’utilisation de ce document.
D’autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite entraîne une
poursuite pénale.

Contact SCD INPL : scdinpl@inpl-nancy.fr




LIENS




Code de la propriété intellectuelle. Articles L 122.4
Code de la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
´Ecole Nationale Sup´erieure de G´eologie
Institut National ´Ecole doctorale RP2E
Polytechnique de Lorraine
Cr´eation et modification de mod`eles
g´eologiques par champs de potentiel.
Application au mod`ele GeoChron
`THESE
pr´esent´ee et soutenue a` huis clos le 21 Juin 2007
pour l’obtention du
Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Sp´ecialit´e G´eosciences
par
Anne-Laure TERTOIS
Composition du jury
Directeur de th`ese : Jean-Laurent Mallet
Rapporteurs : Jean-Paul Chil`es
Albert Tarantola
Examinateurs : Bruno L´evy
Guillaume Caumon
Jean-Claude Dulac
Centre de Recherches P´etrographiques et G´eochimiques
Laboratoire d’Infographie et d’Analyse de Donn´ees
Rue du Doyen Marcel Roubault - 54500 VandœuvreMisenpageaveclaclassethloria.Remerciements
Tout d’abord, merci à mon directeur de thèse Jean Laurent Mallet, qui a su me convaincre
dem’engagerdanscettethèseaulieud’entrerdansl’industriedèsmasortiedel’école.Lestrois
années passées au sein du laboratoire ont été une expérience passionnante et l’opportunité de
poursuivre des travaux de recherche avec une telle autonomie matérielle et intellectuelle m’a
peut êtredonnédemauvaiseshabitudespourlasuite.
Ensuite, merci à Albert Tarantola et Jean Paul Chilès d’avoir accepté d’être rapporteurs de
cettethèse.MerciégalementàGuillaumeCaumon,BrunoLévyetJean ClaudeDulacpourleur
participationàcejury.
Merciauconsortium GOCAD pouravoirfinancémestravauxpendantlapremièremoitiéde
ma thèse. Après un an et demi d’efforts, la compagnie Earth Decision a décidé de financer la
suitedecestravaux,cequim’apermisdebénéficierdesderniersdéveloppementssurlelogiciel
et de l’encadrement de développeurs industriels. Merci donc à Earth Decision, maintenant Pa
radigm, et à Jean Claude Dulac, ainsi que Laurent Deny et Richard Cognot pour leurs conseils
avisésetleurscritiquestoujoursconstructives,etàOlivierGrossequiapataugédansmoncode
avec autant de facilité et de motivation que dans la piscine du Lido. Merci à Bruno Lévy pour
leventd’enthousiasmequ’ilfaitsoufflersurnosmachinesàchacunedesesvisites.
Merciàmesnombreuxrelecteurs,Rémi,Christian,Guillaume,OlivieretFrançoisesansqui
cettethèseauraitétébienplusindigesteetparseméedecoquilles.
Merci à tous les membres du labo qui ont contribué à sa bonne ambiance : Souchy, Pimu,
Bruno,Rémi,Tobias,Laurent,Manu,Laetitia,Luc,PierreK.(avecquij’aipartagélesaffresde
la rédaction), Marco, Olivier R., Sarah, Guillaume, et Christian. Je ne suis pas prête d’oublier
les discussions constructives ou loufoques à la kfet et les soirées parfois assorties de jeux de
rôle. Côté logistique, merci à Pierre J. et Monique qui veillent au bon fonctionnement du labo,
etauxnouveauxarrivésChristopheetFatima.
Merci à ceux qui me soutiennent sans faillir, Flo, Dragon de l’aube, Kidlata, El Garanon et
mon brasseur préféré. Et enfin, merci à toute ma famille, en particulier mon frère Sylvain qui
m’a mis le premier les mains dans la programmation (STOS Basic sur ATARI) et mon frère
Fabien qui m’a dégoûtée de la prépa maths et accompagnée dans ma difficile année de sup
BCPST. Leur exemple a toujours été une source d’inspicompétition. Merci à Maman qui est
toujourslàpournousquelsquesoientlescoupsdusortetàPapaquinousaouvertlavoiedans
ledomainescientifique.
1«Maintenant, Axel, s’écria le professeur d’une voix enthousiaste,
nous allons nous enfoncer véritablement dans les entrailles du globe.
Voici donc le moment précis auquel notre voyage commence.»
Jules Verne, Voyage au Centre de la Terre
[Verne, 1864]
3Tabledesmatières
Introduction 15
1 Cadreetobjectifsdutravail 19
1.1 Pourquoicréerdesmodèlesdusous sol? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.1 Originedesdonnéesgéologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.2 Intégrationdesdonnéesprovenantdedifférentessources . . . . . . 22
1.2 Modèlesdesurfacesetmodèlesvolumiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.3 Modèlescontinusetmodèlesdiscrets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.1 Lignes et surfaces discrètes, volumes continus : le modèle défini
parfrontières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3.2 Discrétisationdel’espaceengrillesstructurées . . . . . . . . . . . 26
1.3.3 Représentationgéométriqueplussouple:lesgrillesnon structurées 28
1.3.4 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.4 Lemodèletétraédrique:unevastegammed’applications . . . . . . . . . . 30
1.5 LemodèleGeoChron,modélisationséparéedelagéométrieetdespropriétés 31
1.6 Objectifsetcontributionsdutravaildethèse . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
I Constructiondemodèles 37
2 Constructiondesurfacesgéologiques 39
2.1 Triangulationdirectedesdonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2 Approximationdesdonnéesparsurfacetriangulée . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Constructiond’unesurfaceparapproximationdesdonnées . . . . . 40
5Table des matières
2.2.2 Ajustementdelasurfaceauxdonnées . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.3d’unesurfaceauxdonnéesparMxDSI . . . . . . . . . 42
2.3 Méthodesbaséessurdeschampsdepotentiel . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3.1 Extractiondesurfaceséquipotentielles . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3.2 Utilisationdeschampsdepotentielengéologie . . . . . . . . . . . 48
2.4 Constructiondesurfacesdefailleparlaméthodedeschampsdepotentiel . 51
2.4.1 Calculduchampdepotentiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4.2 Extractiondesurfaceséquipotentielles . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4.3 Limiterl’extensiondessurfacesdefaille . . . . . . . . . . . . . . 57
2.4.4 Structuresdedonnéesdessurfacesimplicites . . . . . . . . . . . . 60
2.5 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3 Dessurfacesaumodèlevolumique:étatdel’art 63
3.1 Modèlegéologiquedéfiniparfrontières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 Cohérencedescontactsdesurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.3 Conformitédumaillagedessurfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4 Problèmesàrésoudrepourconstruireunmodèledéfiniparfrontières . . . . 67
4 Constructionduréseaudefaillesparchampsdepotentiel 69
4.1 Contactdesurfaceséquipotentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2 Détectiondescontactsentrefailles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.3 Restrictiondelasurfacesecondaireparlasurfaceprincipale . . . . . . . . 74
4.3.1 Contraintesdevisibilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.3.2 Restrictionsurlescontraintesdevisibilité . . . . . . . . . . . . . . 75
4.4 Stockagedesinformationsdecontactsurlessurfacesdefaille . . . . . . . 76
4.5 Filtragedescontactsdefailledétectésautomatiquement . . . . . . . . . . 77
4.6 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.6.1 Calculetstockagedespropriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.6.2 Gestionbinairedescontacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.6.3 Uneconstructionautomatique,maispasuneapproche boîte noire . 82
4.6.4 Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
65 Versunmodèledéfiniparchampsdepotentiel 85
5.1 Pointdedépart:leréseaudefaillesconstruitparchampsdepotentiel . . . 85
5.2 Miseencohérencedeslignesdesuture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.2.1 Calculdelalignedecontactsurlasurfacesecondaire . . . . . . . 87
5.2.2 Calculdelalignedecontactsurlasurfaceprincipale . . . . . . . . 88
5.2.3 Unificationdesextrémitésetorientationdeslignesdecontact . . . 89
5.2.4deslignesdecontact . . . . . . . . . . . . . .