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RECO3D : Développement d’un outil de reconnaissance automatique des fractures sur affleurement 3D.

Le magnétisme pour l’archéologie : exemple de l’étude du site d’Eridu en Basse-Mésopotamie (Irak).

A venir : Levé magnétique en contexte urbain pour la caractérisation géologique locale.

Le contexte scientifique

Les fractures représentent des discontinuités dans la roche qui peuvent être formées par de multiples processus géologiques et jouent un rôle important dans de nombreux contextes. Elles sont notamment importantes dans l’analyse de stabilité de versants ou des puits, sont les hôtes de minéralisations exploités dans le domaine minier, ou sont des vecteurs importants de circulations de fluides pour diverses applications que ce soit en géothermie ou dans le domaine de l’oil & gas. C’est plus particulièrement le cas dans les réservoirs dit « non-conventionnels » où les modélisations hydrauliques et mécaniques doivent prendre en compte ces éléments pour être efficaces.

Pour caractériser et inclure les fractures dans les modèles, les analyses classiques se font à l’aide de cartes ou de comptage le long d’une ligne de mesure (appelée scan-line). Elles permettent de déterminer la répartition des fractures dans l’espace, leurs orientations, longueurs, connectivités… Plus les données récoltées sont robustes et plus les modèles intègrent de propriétés et plus la représentation de l’objet géologique sera complète et les résultats des modélisations proches de la réalité. Toutefois, deux difficultés majeures sont rencontrées quand il s’agit de transposer les propriétés mesurées à la modélisation numérique des objets :

1. Le réseau de fractures est un objet complexe en 3D et le passage entre des mesures en cartes (2D) ou issues de scan-line (1D) n’est pas évident et nécessite d’ajouter des hypothèses et/ou des simplifications qui rendent les modèles moins précis.
2. Les fractures sont présentes depuis l’échelle du grain de la roche jusqu’à des surfaces kilométriques qu’il n’est jamais possible d’étudier dans leur ensemble. Les fractures de longueur décamétriques à hectométriques sont d’ailleurs les plus sous échantillonnées alors qu’elles jouent un rôle de premier plan à l’échelle d’un réservoir souterrain.

Le projet RECO3D

L’objectif du projet RECO3D est de profiter de l’essor des drones & Lidar pour caractériser les fractures avec un triple objectif :

1. La caractérisation des fractures de longueur décamétrique à hectométrique sur des plans de carrières et falaises.
2. Poser les bases d’un outil de caractérisation des fractures en 3D, afin de réduire les incertitudes de la modélisation des réseaux de fractures.
3. Automatiser la reconnaissance et caractérisation des plans de fractures afin de gagner en efficacité.

Le Workflow opérationnel proposé se déroule en 3 étapes, depuis l’acquisition de données 3D sur affleurement à l’analyse des propriétés du réseaux de fractures :

Cet outil peut désormais être utilisé dans les études géologiques où la caractérisation de la fracturation de la roche est nécessaire. N’hésitez pas à nous contacter pour de plus amples informations.

Le développement de cet outil a bénéficié d’un financement BPI France, en collaboration avec la start up Tessael, spécialisée en modélisation numérique des objets géologiques. Il s’agit d’une première étape, vers la réalisation d’un outil complet de modélisation explicite des réseaux de fractures et de la caractérisation des propriétés d’écoulement et géomécanique de ce type d’objet.

Le magnétisme pour l’Archéologie : exemple de l’étude du site d’Eridu en Basse-Mésopotamie (Irak).

Enerex propose des méthodes innovantes de mesures et d’interprétation de données magnétiques particulièrement adaptées à l’exploration et à l’étude en archéologie. En effet, l’utilisation d’un système de mesure co-conçu permet de couvrir de grandes surfaces plus rapidement et/ou avec une plus grande résolution que les surveys classiques en gradiomètres ou en magnétomètres scalaires. Qui plus est, nos solutions software à la pointe de la recherche académique et développées en interne nous permettent d’extraire des données des informations avancées sur les sources des anomalies.

Cas d’étude sur le site d’Eridu en Irak

Eridu est une ville antique de Basse-Mésopotamie, située dans l’actuel Irak, près de la ville de Nasiriyah. Le site est constitué de sept tells (petites collines artificielles) dispersés sur une vaste zone de plus de 1000 ha, dont les vestiges ne sont généralement pas visibles en surface. Afin d’inspecter la zone, des levés magnétiques au sol ont été effectués. L’objectif du projet est de mieux comprendre l’organisation et les limites du tell 4 au sein d’un encaissant argilo-limoneux. Pour ce faire, le projet a été mené en collaboration avec les archéologues de l’UMR 7044 Archimède et les géographes de l’UMR 7362 LIVE.

L’acquisition a été réalisée grâce à un système unique multicapteur fluxgate monté sur un sac à dos et permettant l’acquisition à pied, par nos opérateurs, de 6 profils simultanés espacés de 50 cm. Ce système permet l’acquisition rapide (2 à 4 ha / jour) de données haute résolution à une distance du sol entre 10 cm et 1 m.

Après acquisition et traitement des données, une carte haute résolution de l’anomalie magnétique sur le site est obtenue.

Grâce à l’Expertise d’Enerex dans le traitement de la donnée, plusieurs cartes ont été réalisées pour imager les différents types d’objets qui créent les anomalies magnétiques : éléments métalliques, traces d’activités humaines, géologie locale.

Cartographie des éléments métalliques, céramiques, fours et foyers. On note une très forte concentration de ces éléments dans une même zone à l’ouest de la carte (possiblement une zone d’occupation).

Éléments de proches surface aux limites étroites (restes de murs ou autres vestiges anthropologiques) après avoir retiré l’effet de la géologie locale. Cette carte permet de distinguer 3 zones archéologiques, dont la zone 3 qui présente principalement des traces de dépôts sédimentaires locaux.

Zone 1 : Restes de murs et bâtiments aux formes angulaires, entourés par une structure de forme ellipsoïdale.

Zone 2 : Traces d’un ancien système d’irrigation avec chenaux et puits.

Après une interprétation approfondie de toutes les zones et anomalies, on obtient finalement une carte d’interprétation générale du site sur laquelle sont reportées toutes les observations.

Les levés magnétiques sur le site d’Eridu ont donc permis de mettre en évidence de nombreuses structures auparavant inconnues et une interprétation globale de la zone a été fournie, révélant un établissement archéologique inconnu jusqu’alors et des probables éléments d’irrigation dans son environnement proche. La présence de la structure ellipsoïdale (talus entre intérieur surélevé et extérieur) et des restes de bâtiments détectée dans la zone 1 ont été confirmé par les fouilles archéologiques depuis.

Nous remercions les partenaires du projet de nous permettre de présenter ce cas d’étude : le laboratoire d’Archéologie et Histoire Ancienne : Méditerranée – Europe (ARCHIMEDE – Université de Strasbourg, Université de Haute Alsace, CNRS) ; le laboratoire Image, Ville, Environnement (LIVE – Université de Strasbourg, CNRS) ; ainsi que la Maison Inter-universtaire des Sciences de l’Homme – Alsace (MISHA).