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Thèse


Modélisation géologique de systèmes turbiditiques chenalisés contrainte par une simulation des processus sédimentaires

Soutenue
le 28-06-2012

Par
Fakher MAKTOUF

Directeur(s) de thèse
Thierry Mulder

Membres du jury
M. DE MARSILY, Ghislain – Professeur, Université Pierre et Marie Curie - Rapporteur
M. KNELLER, Benjamin C. – Professeur, Université d'Aberdeen - Rapporteur
M. GIRAUDEAU, Jacques – Directeur de Recherche CNRS, Université Bordeaux 1 – Examinateur
M. IMBERT, Patrice – Ingénieur, TOTAL – Examinateur
M. MULDER, Thierry – Professeur, Université Bordeaux 1 – Directeur de Thèse
M. JOSEPH, Philippe – Professeur, IFPEN – Promoteur de Thèse (IFPEN)

Résumé
En milieu marin profond, les écoulements gravitaires sont les agents majeurs du transport sédimentaire permettant la construction de systèmes turbiditiques chenalisés, qui font l'objet de nombreuses découvertes de ressources pétrolières. A partir d’observations directes telles que données de carottes et affleurements analogues, l'architecture interne de ces réservoirs turbiditiques s'avère complexe puisqu'elle résulte généralement d'une grande diversité d'écoulements gravitaires, aussi bien en termes de propriétés physiques (e.g., rhéologie, concentration, mode de transport, durée) que des processus sédimentaires mis en jeu (e.g., phases d'incision-remplissage, d'activité-repos). Les modalités d'évolution des éléments architecturaux telles que la migration latérale et longitudinale d'un chenal élémentaire, contribuent également à l'ajout d'une complexité supplémentaire dans les réservoirs turbiditiques, ce qui rend difficile leur exploitation. L'optimisation de la gestion de ces ressources passe principalement par une meilleure compréhension de la relation qui existe entre les processus sédimentaires et l'architecture interne, mais les approches actuelles de modélisation analogique (à échelle réduite) et numérique (à l'échelle de l'événement) ne permettent de répondre que partiellement à cette problématique. Cette thèse a été réalisée dans le but d'apporter une meilleure caractérisation de l'architecture interne des réservoirs turbiditiques générée par une série d’écoulements gravitaires, via une simulation numérique des processus sédimentaires sur une échelle de temps géologique. Le modèle numérique utilisé (CATS : Cellular Automata for Turbidite Systems, IFPEN) a été développé (T. Salles, 2006) à partir d’une approche basée sur le paradigme des automates cellulaires. Cette approche permet de simuler l'évolution dynamique du fond marin au passage de plusieurs écoulements gravitaires d'échelle naturelle (centaines de mètres de hauteur, plusieurs millions de m3 de charge solide...) selon des lois de comportement et des considérations énergétiques simples. A la différence des méthodes d'équations différentielles standards (Navier-Stokes, Saint-Venant...), les temps de calcul peuvent être potentiellement réduits. Une méthodologie a été développée en premier lieu sur des topographies de chenaux sinueux synthétiques, afin de mettre en évidence l'impact de la variation des paramètres d'entrée sur le mode de remplissage et l'architecture des dépôts résultants d'un événement turbiditique. Puis les résultats de simulations multiévénementielles ont été confrontés à des expériences analogiques et testés sur des chenaux sinueux synthétiques représentatifs de systèmes turbiditiques modernes ou fossiles. Le modèle a été enfin appliqué sur une étude de cas de complexes turbiditiques chenalisés de subsurface (le champ Madeleine, TOTAL). A l'issue d'une interprétation des données sismiques et géologiques qui a permis de définir les différentes enveloppes des complexes chenalisés, leurs architectures et leurs modalités de construction, un des épisodes géologiques du développement du champ a été en partie reproduit par une série d'écoulements gravitaires dont les propriétés initiales ont été estimées à partir des données de carottes. Cette nouvelle méthode de simulation des écoulements de densité servant à produire un modèle génétique déterministe représente un intérêt potentiel dans le domaine de la modélisation des réservoirs turbiditiques en apportant des contraintes sédimentologiques sur la construction de leur architecture interne (e.g., couplage avec des méthodes géostatistiques...).

Mots-clé
écoulements gravitaires / processus sédimentaires / architecture interne / simulation multiévènementielle des processus / modèle génétique
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