Encadrement

• Directeur : N. Favretto-Cristini
• Co-directeurs : P. Cristini
• Organisme rémunérant : WAVES project (European project, H2020 - MSCA - ITN - 2014 program)

Jury

• Directeur de these : Nathalie FAVRETTO-CRISTINI, LMA
• Rapporteur : Donatienne LEPAROUX, IFSTTAR - Geotechnics, Environment, Natural Hazard and Earth Sciences Department
• Rapporteur : Yann CAPDEVILLE, Laboratoire de Planétologie et Géodynamique (LPG-NANTES)
• CoDirecteur de these : Paul CRISTINI, LMA
• Examinateur : Børge ARNTSEN, NTNU Department of Geoscience and Petroleum
• Examinateur : Ivan PIRES DE VASCONCELOS, Utrecht University Department of Earth Science
• Examinateur : Dimitri KOMATITSCH, LMA
• Examinateur : Hervé CHAURIS, Mines Paris Tech Centre de Géosciences

Résumé

Les méthodes numériques sont largement utilisées en exploration sismique pour simuler la propagation des ondes et pour le post-traitement des données sismiques avant l’interprétation géologique/géophysique. Les algorithmes sont basés sur différentes hypothèses pour réduire le coût de calcul au détriment de la simplification des modèles et/ou des phénomènes physiques. En raison de leur rôle essentiel en exploration géophysique, la précision des simulations numériques présente un fort intérêt, notamment dans le cas de configurations géologiques réalistes. La comparaison directe des résultats numériques entre eux dans des configurations synthétiques peut avoir des limites, car il peut être difficile de déterminer celui qui donne la meilleure approximation de la solution physique inconnue. Comme dans la réalité le sous-sol n’est jamais connu avec précision, il est également difficile de comparer les résultats synthétiques aux données sismiques réelles acquises in situ. Par conséquent, il y a un grand intérêt à utiliser des mesures de laboratoire sur des modèles physiques aux propriétés connues pour valider la précision des outils numériques. Avant de pouvoir comparer avec précision les mesures et les simulations, nous devons tout d’abord établir un cadre comparatif avec une approche conjointe adaptée aux expériences de laboratoire et à la modélisation numérique. C’est précisément l’objectif de cette thèse. Ainsi, le cadre reproduit d’abord les mesures sismiques marines dans des conditions de laboratoire en utilisant de modèles à échelle réduite, puis les outils numériques sont adaptés à la reconstruction précise des expériences. Le cadre est introduit pour le modèle Marseille-Benchie. Ce modèle a une topographie complexe, produisant un champ d’ondes à la fois complexe et relativement facile à appréhender. Avant de simuler numériquement la propagation des ondes par méthodes de différences finies (FDM) ou d’éléments spectraux (SEM), nous nous concentrons sur les paramètres d’entrée, tels que les propriétés du matériau et la géométrie du modèle. Les propriétés du matériau sont caractérisées en laboratoire puis calibrées pour les simulations numériques. Les caractéristiques réelles du traducteur piézoélectrique source sont modélisées en utilisant une nouvelle approche qui consiste à caractériser le traducteur, puis à effectuer une étape d’inversion pour obtenir une source numériquement équivalente. La comparaison des résultats numériques et de laboratoire révèle une bonne concordance en termes de temps d’arrivée, de phase et d’amplitude, à la fois pour la SEM et la FDM. Les différences mineures observées au niveau des amplitudes peuvent être attribuées aux imprécisions des positions du traducteur combinées à la forte topographie du modèle, au bruit présent dans les données de laboratoire, aux incertitudes liées à la source numériquement equivalente et à celles liées aux mesures d’atténuation. Forts de ces constats, nous améliorons la procédure expérimentale avant d’étendre le cadre au modèle WAVES. Ce modèle représente une configuration géologique réaliste avec un dôme de sel enfoui dans des milieux sédimentaires. Nous utilisons la SEM pour reproduire les données de laboratoire 3D zero-offset et offset. La comparaison des résultats synthétiques avec les mesures révèle une très bonne concordance. Les différences mineures observées au niveau des amplitudes peuvent une fois encore être attribuées aux mêmes facteurs que dans le cas du modèle Marseille-Benchie. Enfin, malgré les incertitudes qui subsistent, l’ensemble de la procédure expérimentale est validé avec succès grâce à l’application de la reverse-time migration (RTM) aux données de laboratoire. En effet, les noyaux de sensibilité RTM résultants montrent une reconstruction précise et cohérente de la plupart des discontinuités du modèle WAVES. Par conséquent, le cadre proposé peut être utilisé pour tester des techniques d’imagerie existantes ou nouvelles.