Caractérisation, quantification et modélisatoin ... · Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire ont été effectués au sein du groupe Géologie de ... Claude Loret,

Mémoire d’Habilitation à Diriger des Recherches présenté devant l’Université de Rennes 1

le 31 Mars 2005

par Philippe JOSEPH

Institut Français du Pétrole Ecole Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs

« Caractérisation, quantification et

modélisation sédimentologique 3D :

approches déterministes et stochastiques »

Résumé Ce mémoire d’habilitation à diriger des recherches présente une synthèse de mes activités d’enseignant – chercheur, effectuées à l’Institut Français du Pétrole de 1990 à 2004. La première partie est consacrée à l’exposé de mon curriculum vitae, avec le détail de mes activités d’enseignement et d’encadrement d’étudiants (thèses, DEA et diplômes de fin d’études). L’ensemble de mes activités de recherche est ensuite présenté chronologiquement depuis 1979, avec la liste de mes publications, communications lors de conférences, livrets-guides d’excursions géologiques, rapports industriels et brevets. La deuxième partie correspond au document de synthèse des activités de recherche que j’ai menées à l’IFP de 1990 à 2004. La recherche et l’exploitation des gisements pétroliers s’appuient sur des approches numériques (modèles de bassins et de réservoirs), qui nécessitent d’une part une caractérisation précise des objets étudiés, et d’autre part le développement de méthodes intégrées de modélisation, capables de reproduire (en 3D), de la façon la plus réaliste possible, ces objets tridimensionnels. Mes activités de recherche ont donc porté principalement sur l’élaboration d’une méthodologie de caractérisation et de quantification des processus et architectures sédimentaires, et sur le développement de nouvelles méthodes de modélisation sédimentologique 3D, déterministes et stochastiques, prenant en compte la logique sédimentaire. Après une introduction rappelant les enjeux et l’état de l’art au début des années 1990, le chapitre 1 présente la méthodologie de caractérisation tridimensionnelle de l’architecture stratigraphique, qui a été développée à partir d’études d’affleurements, puis appliquée en subsurface. Elle est illustrée par deux cas, en environnement deltaïque et en environnement marin profond, qui montrent l’apport de l’approche 3D pour une meilleure compréhension du système de dépôt et de ses caractéristiques réservoirs. Le chapitre 2 expose les techniques de quantification des géométries et hétérogénéités sédimentaires, qui permettent, à partir d’études d’affleurements, de systèmes actuels et d’acquisitions sismiques peu profondes, de fournir des paramètres quantitatifs pour la modélisation des réservoirs pétroliers et d’alimenter des bases de données utilisées en subsurface. Le chapitre 3 est consacré aux méthodes de modélisation stratigraphique déterministe, qui ont été développées pour simuler les processus sédimentaires en environnement continental et marin peu profond, puis étendues aux environnements profonds (écoulements gravitaires turbiditiques). Plusieurs exemples illustrent l’apport de ces outils pour reconstruire l’architecture globale du système de dépôt, valider des hypothèses et vérifier la cohérence des modèles sédimentologiques proposés. Le chapitre 4 présente la méthodologie de modélisation stochastique des réservoirs que j’ai contribué à développer à l’IFP. Plusieurs cas d’affleurements et de subsurface montrent l’apport de ces techniques de modélisation pour la reconstruction de l’architecture tridimensionnelle des réservoirs et leur capacité à reproduire de façon réaliste leurs géométries et hétérogénéités internes. Le couplage de ces méthodes stochastiques avec la modélisation stratigraphique est présenté, puis je discute les nouvelles approches intégrées dites « aléatoires-génétiques » qui permettraient de combiner directement les deux types de techniques. Les deux derniers chapitres font un bilan de l’ensemble des travaux présentés dans ce document de synthèse, puis discutent les perspectives de recherche future dans le domaine de la caractérisation des systèmes sédimentaires et des nouvelles approches de modélisation.

Remerciements Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire ont été effectués au sein du groupe Géologie de Production de l’IFP, et c’est un plaisir pour moi de remercier en premier lieu Christian Ravenne, qui m’a accueilli dans ce groupe, Rémi Eschard, qui a pris sa succession, et l’ensemble des chercheurs avec qui j’ai fait un bout de chemin, au sens propre (sur le terrain) et au sens figuré : Monique Chaouche, Guy Desaubliaux, Brigitte Doligez, Tristan Euzen, Fabrice Gaumet, Didier Granjeon, Jean-Claude Lecomte, Olivier Lerat, Catherine Ponsot-Jacquin, Jean Szambelanczyk, Frans Van Buchem, ainsi que les chercheurs d’autres divisions de l’IFP ou d’autres sociétés avec lesquels j’ai collaboré : Chakib Bennis, Aline Bourgeois, Van Bui-Tran, Jean-Marc Chautru, Hassan Chraibi, Aziz Faraj, Frédérique Fournier, Roselyne Friedenberg, Lin-Ying Hu, Carla Müller, Jean-Louis Pajon, Jean-François Raynaud, Julien Seguin, Károly Sztrákos, Philippe Ungerer. En toute honnêteté, j’ai essayé d’être disponible au maximum pour les thésards et étudiants que j’ai encadrés ou co-encadrés à l’IFP. Mais en retour, ils m’ont apporté beaucoup, par la remise en cause d’idées que je croyais bien établies, et le plaisir intellectuel lors de notre recherche commune. Merci donc (dans l’ordre chronologique) à Didier Granjeon, Marina Rabineau, Alexandre Hugot, Thierry Jacquin, Nathalie Babonneau, Blaise Garin, Jean-Marie Quéméner, Gilles Cotteret, François Fournier, Jobel Pinheiro-Moreira, Fernando Alonso Campanero, Sébastien Lesur, Frédéric Gas et Elodie du Fornel. Je dois également remercier l’équipe de dessinatrices et dessinateurs de la Division Géologie-Géochimie de l’IFP, dont la qualité du travail sait si bien illustrer nos idées de sédimentologues : Yolande Calot-Martin, Nadia Doizelet, Claude Loret, Annick Turcas, Patrick Le Foll, Denis Deldique, Mohamed Gherram, Pierre Kete Godonou, ainsi qu'Alain Coulombe pour la qualité de son travail de reproduction à l'Ecole. Les projets (bilatéraux et européens) auxquels j’ai participé m’ont permis de travailler avec grand plaisir avec de nombreux collègues d’universités, d’instituts de recherche ou de compagnies pétrolières françaises et étrangères, en particulier Nawee Anant-Raksakul, Serge Berné, Hélène Beucher, Martine Bez, Mark Caplan, Christian Cassaigneau, Dominique Claude, Philippe Crumeyrolle, Benoît Didier, Olivier Dubrule, Alain Galli, Daniel Garcia, Olinto Gomes de Souza, François Guillocheau, Peter Homewood, François Lafont, Jean-Louis Lesueur, Simon Lomas, Gérard Massonnat, Marco Moraes, Mohamed Naaim, Thierry Nalpas, Jean-Christophe Navarre, Cécile Pabian-Goyeneche, Jean Pouzet, Cécile Robin, Bruno Savoye, Alain Seigneurin, Henri Soudet, Emmanuelle Vennin, Stéphane Zaleski. Je leur en suis reconnaissant. L’Ecole du Pétrole et des Moteurs m’a offert la possibilité de faire de l’enseignement, tout en continuant une partie de mes activités de recherche. Je remercie Jean-Luc Karnik, directeur de l’Ecole, et Bernard Colletta, directeur de la Division Géologie-Géochimie, d’avoir soutenu la réalisation de cette habilitation. Ce mémoire est également grandement redevable à l’amicale pression de Bernard Durand (alors, quand commences-tu cette habilitation ?) et d’Alain-Yves Huc (alors, quand finis-tu ton habilitation ?), ainsi qu’à tous mes collègues du centre Exploration de l’Ecole : Sylvain Boyer, Pierre Yves Dequirez, Claude Laffont, Jean-Luc Mari, Alain Mascle, Jean-Pierre Roy, Arnaud Tollis, Valérie Védrenne, sans oublier Sabine Lalanne, à qui je donne bien du travail, rien que pour les rectifications de dépassement d’horaires ! Enfin, j’adresse mes plus vifs remerciements aux membres du jury, qui m’ont fait l’honneur d’accepter de juger ce travail : Ghislain de Marsily, professeur à l’Université de Paris VI et membre de l’Institut, qui fut mon professeur d’hydrogéologie, et à qui je dois en partie mon orientation vers la géologie quantitative : je lui suis reconnaissant des conseils prodigués pour aboutir à cette synthèse, Gilles Dromart, professeur à l’Université Lyon I, qui a été un des premiers en France à s’intéresser à la quantification et à la modélisation sédimentologique, Cai Puigdefàbregas, chercheur chef de projet à l’Institut de Ciències de la Terra à Barcelone, et expert auprès de Norsk Hydro, que j’ai rencontré à plusieurs reprises sur des terrains d’étude communs (Pyrénées Espagnoles et Alpes du Sud), Ru Smith, chef de projet à Shell, qui s’est toujours intéressé à nos activités de recherche en sédimentologie et en modélisation déterministe et stochastique, François Guillocheau, professeur à l’Université de Rennes I, fidèle partenaire de terrain et inlassable pourvoyeur de nouvelles idées, Christian Ravenne, directeur de recherche associé à l’IFP, qui a été pour moi un formidable chef de projet, toujours désireux de donner des responsabilités à ses jeunes chercheurs et de valoriser leurs travaux.

Mémoire d’Habilitation à Diriger des Recherches

1

Sommaire Sommaire ........................................................................................................................................1

Liste des figures..............................................................................................................................3

Résumé des activités.......................................................................................................................5

Curriculum Vitae ...........................................................................................................................9 Formation et titres universitaires .................................................................................................9 Expérience professionnelle ..........................................................................................................9 Sociétés savantes et organisations professionnelles ..................................................................10 Activités d’enseignement...........................................................................................................11

1. Missions principales à l’École Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs .............11 2. Cours et TD........................................................................................................................11 3. Stages de terrain ................................................................................................................11 4. Formation continue............................................................................................................11 5. Enseignement à l’École de Géologie de Nancy .................................................................12 6. Enseignement à l’École des Mines de Paris (de 1979 à 1984)..........................................12

Activités administratives............................................................................................................12 Encadrement d’étudiants............................................................................................................13

1. Promoteur et responsable de l’encadrement de thèse à l’IFP...........................................13 2. Co-encadrement de thèse ...................................................................................................13 3. DEA....................................................................................................................................13 4. Projet de fin d’étude de l’ENSPM......................................................................................14 5. Projet de fin d’étude de l’École des Mines de Paris (option Sciences de la Terre) ..........14 6. Projet de fin d’étude de l’École de Géologie de Nancy.....................................................14 7. Master of Science in Petroleum Geoscience of the Imperial College of London ..............14

Participation à des jurys de thèse ...............................................................................................15 1. En tant que responsable IFP..............................................................................................15 2. En tant que rapporteur ou examinateur.............................................................................15

Activités de recherche..................................................................................................................17 Détail des activités .....................................................................................................................17

1. Sédimentologie des minerais de fer (École des Mines de Paris de 1979 à début 1982) ...17 2. Dynamique des bassins sédimentaires (École des Mines de Paris de 1982 à 1985).........17 3. Développement de modèles géochimiques (BEICIP de 1986 à 1990)...............................17 4. Modélisation géostatistique des réservoirs (Projet Géologie de Production de l’IFP) ....18 5. Modélisation stratigraphique déterministe........................................................................19 6. Architecture des systèmes turbiditiques.............................................................................20

Ouvrages édités ..........................................................................................................................21 1. Éditeur................................................................................................................................21 2. Auteur d’un chapitre dans des ouvrages spécialisés .........................................................21

Publications dans des revues à comité de lecture ......................................................................21 Publications dans d’autres revues ..............................................................................................24 Publications dans les actes de colloques ou conférences...........................................................24 Colloques et conférences ...........................................................................................................25

1. Organisateur ......................................................................................................................25 2. Conférencier invité.............................................................................................................25 3. Chairman de session ..........................................................................................................25 4. Communications dans des congrès ....................................................................................25

Organisation d’excursions géologiques .....................................................................................31 Contrats industriels et rapports ..................................................................................................31 Brevets d’invention....................................................................................................................34 Brochures de vulgarisation ........................................................................................................34


2

Document de synthèse..................................................................................................................35 Introduction................................................................................................................................35

1. Enjeux et état des connaissances au début des années 1990.............................................35 2. Problèmes posés par la modélisation sédimentologique ...................................................36 3. Stratégie utilisée.................................................................................................................36

Chapitre 1 : Caractérisation de l’architecture stratigraphique ...................................................39 1. Problèmes spécifiques posés respectivement par les études d’affleurement et de subsurface ..............................................................................................................................39 2. Méthodologie .....................................................................................................................39 3. Application au système fluvio-deltaïque des Grès de Roda (Eocène des Pyrénées espagnoles).............................................................................................................................45 4. Application au système turbiditique des Grès d’Annot (Éocène - Oligocène des Alpes méridionales françaises) ........................................................................................................48 5. Conclusions et perspectives ...............................................................................................52

Chapitre 2 : Quantification de l’architecture stratigraphique ....................................................53 1. Problème posé....................................................................................................................53 2. Méthodologie .....................................................................................................................53 3. Utilisation des bases de données .......................................................................................60 4. Conclusions et perspectives ...............................................................................................61

Chapitre 3 : Modélisation stratigraphique déterministe.............................................................63 1. État de l’art au début des années 1990..............................................................................63 2. But du projet DIONISOS....................................................................................................64 3. Principes du modèle stratigraphique.................................................................................65 4. Méthodologie .....................................................................................................................66 5. Exemples d’applications en milieu marin peu profond .....................................................70 6. Développements méthodologiques pour les écoulements gravitaires en milieu profond ..72 7. Applications en environnement marin profond..................................................................74 8. Conclusions et perspectives ...............................................................................................76

Chapitre 4 : Modélisation stochastique des réservoirs...............................................................77 1. Constat à la fin des années 1980 .......................................................................................77 2. Buts du projet HERESIM ...................................................................................................78 3. Méthodologie .....................................................................................................................78 4. Exemple d’application sur champ pétrolier.......................................................................84 5. Apport de la modélisation 3D ............................................................................................85 6. Couplage avec la modélisation stratigraphique déterministe ...........................................90 7. Simulations aléatoires-génétiques .....................................................................................91 8. Conclusions et perspectives ...............................................................................................94

Bilan des travaux........................................................................................................................95 1. Caractérisation et quantification de l’architecture stratigraphique .................................95 2. Modélisation stratigraphique déterministe........................................................................96 3. Modélisation stochastique des réservoirs ..........................................................................97 4. Synergie recherche – enseignement...................................................................................97

Perspectives de recherche ..........................................................................................................99 1. Caractérisation des systèmes sédimentaires......................................................................99 2. Nouvelles approches de modélisation..............................................................................100 3. Conclusion .......................................................................................................................102

Bibliographie............................................................................................................................103 Liste des sigles .........................................................................................................................110


3

Liste des figures Figure 1 : Méthodologie de caractérisation des réservoirs à l’affleurement et en subsurface........................................... 40 Figure 2 : Coupe sédimentologique et log composite d’un puits des Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles). Données ELF,

in Joseph (1995). ..................................................................................................................................................... 40 Figure 3 : Panneau photographique interprété des affleurements des Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles), in Joseph

(1995). ..................................................................................................................................................................... 41 Figure 4 : Corrélation en stratigraphie séquentielle haute résolution dans les Grès de Roda, in Joseph (1995). .............. 42 Figure 5 : Corrélation porosités – perméabilités mesurées sur échantillons de carottes (plugs) dans les Grès de Roda, in

Joseph (1995). ......................................................................................................................................................... 43 Figure 6 : Interprétation en termes de qualité réservoir dans les Grès de Roda, in Joseph (1995). .................................. 43 Figure 7 : Architecture des systèmes turbiditiques chenalisés d’Annot, modifiée de Joseph et al. (2000)....................... 44 Figure 8 : Evolution de la paléogéographie et des corps réservoirs au sein d’une séquence de 4ème ordre des Grès de

Roda, modifiée de Joseph (1995). ........................................................................................................................... 46 Figure 9 : Isopaques du Corps Y des Grès de Roda et accidents principaux, in Joseph (1995)........................................ 47 Figure 10 : Paléogéographie schématique du système Grès d’Annot à l’Oligocène basal, in Joseph & Lomas (2004). .. 48 Figure 11 : Séquence génétique du système turbiditique des Grès d’Annot (Massif de Sanguinière), in Guillocheau et al.

(2004). ..................................................................................................................................................................... 49 Figure 12 : Corrélation dans le sous-bassin d’Annot, modifiée de Joseph & Ravenne (2001)......................................... 50 Figure 13 : Evolution paléogéographique des principaux sous-bassins des Grès d’Annot, in Joseph & Lomas (2004). . 51 Figure 14 : Méthodologie de quantification de l’architecture stratigraphique. ................................................................. 54 Figure 15 : Quantification d'un panneau d'affleurement interprété de la formation du Mesa Verde (Colorado), modifiée

de Navarre (1993). .................................................................................................................................................. 55 Figure 16 : Quantification de la distribution des faciès du fleuve Sénégal, in Joseph et al. (1995).................................. 56 Figure 17 : Carte en amplitude d’un horizon sismique peu profond, in Rabineau (1995). ............................................... 57 Figure 18 : Typologie des corps réservoirs carbonatés clastiques, in Chaouche & Joseph (1997)................................... 58 Figure 19 : Cartographie et quantification des corps réservoirs chenalisés dans la formation du Menefee dans le Mesa

Verde (Colorado, USA), in Desaubliaux, Joseph et al. (1994). .............................................................................. 59 Figure 20 : Diagramme largeur – épaisseur de chenaux fluviatiles en relation avec leur sinuosité.................................. 60 Figure 21 : Méthodologie de modélisation stratigraphique. ............................................................................................. 66 Figure 22 : Calcul de l’accommodation sur les coupes de Jaca (Pyrénées Espagnoles), in Granjeon, Joseph et al. (1994).

................................................................................................................................................................................ 67 Figure 23 : Modélisation stratigraphique du delta du Niger (bloc 3D en environnements de dépôt) et comparaison entre

données de puits et résultats de simulation, in Rabineau, Joseph et al. (1997). ...................................................... 70 Figure 24 : Simulation stratigraphique des séquences de 100 000 ans sur la plate-forme externe du Golfe du Lion, in

Rabineau et al. (2004). ............................................................................................................................................ 71 Figure 25 : Classification des écoulements gravitaires, in Hugot (2000). ........................................................................ 73 Figure 26 : Géométrie et variables de l’objet écoulement turbiditique représenté ici en deux dimensions sous la forme

d’une demi-ellipse, in Hugot et al. (2000). ............................................................................................................. 73 Figure 27 : Vitesses prédites par le modèle "objet écoulement" après inversion partielle ou totale des données

dynamiques et de dépôt et comparaison avec les estimations antérieures, in Hugot, Joseph et al. (2001). ............ 74 Figure 28 : Modélisation stratigraphique de la formation des Grès d’Annot, in Euzen, Joseph et al. (2004). ................. 75 Figure 29 : Méthodologie de modélisation géologique 3D............................................................................................... 78 Figure 30 : Section de corrélation du corps X des Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles), in Joseph et al. (1993). .......... 79 Figure 31 : Modélisation géométrique du corps X des Grès de Roda sans et avec prise en compte des pendages, in

Joseph & Dubrule (1994). ....................................................................................................................................... 81 Figure 32 : Calcul des paramètres de modélisation stochastique du corps X des Grès de Roda, in Joseph et al. (1993). 83 Figure 33 : Cartes d'isopaches en sable d'un réservoir fluvio-deltaïque obtenues par simulation géostatistique en

intégrant la sismique par deux approches différentes, modifiées de Joseph et al. (1999). ...................................... 85 Figure 34 : Géométrie 3D des barres deltaïques lobées du corps X de Roda (a) et cartographie des dépocentres et des

directions de progradation (b), in Joseph et al. (1993)............................................................................................ 86 Figure 35 : Modèle réservoir maillé du corps X de Roda, in Joseph (1995)..................................................................... 86 Figure 36 : Panorama photographique interprété des affleurements de Cime Dieu de Delfy (Grès d'Annot, Alpes

Maritimes), modifié de Joseph et al. (2000)............................................................................................................ 87 Figure 37 : Modélisation sismique synthétique par convolution 1D et modélisation élastique 3D des affleurements de

Cime Dieu de Delfy (Grès d’Annot), in Bourgeois, Joseph & Lecomte (2004). .................................................... 88 Figure 38 : Modélisation synthétique d’essais de puits des affleurements de Cime Dieu de Delfy (Grès d’Annot), in

Joseph & Seguin (2000). ......................................................................................................................................... 89 Figure 39 : Modélisation stratigraphique et géostatistique couplée de la formation littorale du Mesa Verde au Colorado

(USA), modifiée de Joseph et al. (1996)................................................................................................................. 90 Figure 40 : Méthodologie de modélisation aléatoire-génétique, in Joseph et al. (1993). ................................................. 93 Figure 41 : Comparaison des simulations aléatoires-génétiques avec le modèle géologique de référence du corps X des

Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles), in Joseph et al. (1993)................................................................................. 93


5

Résumé des activités La recherche et l’exploitation des gisements pétroliers nécessitent l’élaboration de modèles maillés de bassins et de réservoirs, afin de simuler numériquement la migration des fluides au cours des temps géologiques, et leur récupération à l’échelle humaine. Mes activités de recherche ont porté principalement sur une quantification des processus et architectures sédimentaires, en vue d’introduire une sédimentologie quantitative dans ces modèles de bassins et de réservoirs. D’abord centrées sur la caractérisation de l’enregistrement sédimentaire à différentes échelles de temps et d’espace, elles ont progressivement évolué vers le développement de nouvelles méthodologies de modélisation des architectures stratigraphiques, prenant en compte à la fois la description physique déterministe des processus de sédimentation et le caractère partiellement aléatoire des événements sédimentaires. De 1979 à début 1982, ma thèse de docteur ingénieur à l’Ecole des Mines de Paris m’a permis d’effectuer une synthèse sédimentologique et paléogéographique des minerais de fer oolithiques ordoviciens du Massif Armoricain (Normandie et Anjou), en utilisant les toutes nouvelles approches de la stratigraphie séquentielle. J’ai également proposé une nouvelle hypothèse de genèse des oolithes ferrugineuses, basée sur des observations en lames minces, à la microsonde électronique et au MEB. En 1982, j’ai été recruté comme enseignant-chercheur au laboratoire de Sédimentologie de l’École des Mines de Paris. J’ai alors travaillé sur une analyse quantitative de la subsidence des bassins sédimentaires et sur les relations déformation de grande échelle – fracturation (fossilisée notamment par les filons et injections synsédimentaires) – sédimentation. En partenariat avec les compagnies TOTAL et ELF-SNEA(P), ces méthodes d’analyse ont été appliquées dans le bassin du Sud-Est de la France et dans le bassin des Abruzzes en Italie centrale. Des nouveaux modèles de cônes sous-marins argilo-gréseux et carbonatés ont été élaborés et le contrôle des paléotopographies par la déformation souple (plis) ou cassante (failles) a été démontré. En 1986, j’ai rejoint le BEICIP, filiale de services de l’IFP, comme chef de projet à la Division Exploration. J’y ai pris en charge le développement et la commercialisation de nouveaux logiciels industriels, modélisant l’évolution géométrique et thermique d’un bassin sédimentaire et la genèse des hydrocarbures à partir du kérogène (MATOIL, GENEX, OPTKIN). Ces logiciels étaient basés sur la reconstitution de l’enfouissement progressif des sédiments et sur les nouveaux modèles cinétiques de maturation de la matière organique, récemment développés à l’IFP. Je les ai appliqués dans le cadre de plusieurs études industrielles d’évaluation de prospects, en Aquitaine et Mer du Nord. En quatre ans, ces logiciels d’aide à l’exploration ont été vendus à une centaine d’exemplaires à de nombreuses compagnies pétrolières internationales et sont toujours commercialisés. En 1990, une mutation interne au groupe IFP m’a permis de rejoindre le projet de recherche Géologie de Production de l'IFP, dirigé par C. Ravenne. Mon activité s’est alors orientée vers la modélisation à petite échelle des réservoirs pétroliers, en utilisant des approches mixtes déterministes et stochastiques (géostatistiques). J’ai participé au développement et à la validation de la méthodologie HERESIM, dont le but est une meilleure prise en compte des données et des concepts sédimentologiques dans les simulations de réservoir. Plusieurs approches complémentaires ont été menées en parallèle, en partenariat avec le Centre de Géostatistique de l’École des Mines de Paris et des compagnies pétrolières (ELF, TOTAL, AGIP, PETROFINA) : - l’analyse sédimentologique détaillée et la reconstitution tridimensionnelle de systèmes de dépôt

siliciclastiques et carbonatés, à partir d’affleurements particulièrement bien exposés (Grès de Roda dans les Pyrénées Espagnoles, formation du Mesa Verde au Colorado, réservoirs nummulitiques yprésiens en Tunisie) : le but de ces études était de tester et d’améliorer les concepts récents de la stratigraphie séquentielle haute résolution, outil principal de corrélation dans les réservoirs, et de valider sur des données connues les nouvelles méthodes de modélisation élaborées ;

- le développement de nouvelles méthodes de modélisation dites aléatoires-génétiques, couplant une approche déterministe de la construction de corps sédimentaires deltaïques et l’utilisation de paramètres de simulation stochastiques : ces développements et leurs tests sur affleurements ont été menés dans le cadre des projets ARTEP/FSH « Étude des affleurements » et CEE JOULE I « Modelling the Earth for Oil Exploration » dont j’ai assuré la responsabilité technique à l’IFP de 1991 à 1994 ;


6

- l’élaboration d’une base de données quantitatives sur les réservoirs siliciclastiques et carbonatés, menée dans le cadre d’un second projet ARTEP/FSH « Quantification de la géométrie des corps réservoirs », dont j’ai également assuré la responsabilité technique de 1992 à 1998 : le but de ce projet était de fournir, pour différents environnements sédimentaires, des distributions réalistes de paramètres pour ces modélisations géostatistiques. Cette quantification a été menée sur des données d’affleurements, des photos satellite de systèmes actuels (Niger, Sénégal) et des acquisitions sismiques peu profondes (Thaïlande), au moyen du logiciel d’analyse géostatistique d’image GIGA dont j’ai coordonné le développement ;

- l’application de ces nouvelles méthodes de modélisation géostatistique sur des champs pétroliers (Indonésie : étude TOTAL) et sur des stockages souterrains de gaz (thèse Gaz de France de T. Jacquin, 1997 ). En 1997 – 1998, j’ai notamment été détaché 9 mois au sein de la compagnie TOTAL pour prendre la responsabilité d’un projet commun IFP – TOTAL de modélisation intégrée de réservoir sur le champ de Bongkot en Thaïlande : le but était d’intégrer l’ensemble des données géologiques (carottes, diagraphies), géophysiques (cartes d’attributs sismiques) et de production (mesures de pression, analyses pétrophysiques) via des méthodes géostatistiques sophistiquées dites non stationnaires. Cette intégration a permis de quantifier l’incertitude liée aux différents types de données et d’en réduire l’impact.

Dès 1993, afin d’introduire la description physique des processus de sédimentation dans les modélisations réservoir et de faire le lien entre évolution du bassin et architecture des corps sédimentaires, j’ai initié le développement de nouvelles méthodes de simulation stratigraphique déterministe (thèse de D. Granjeon, 1996). Ces développements ont été soutenus par le projet CEE Joule II « Stratigraphic deterministic modelling of sedimentary units in fluvial and shallow marine environments » dont j’ai assuré la responsabilité technique de 1993 à 1996. Ce nouveau modèle DIONISOS constituait le premier modèle stratigraphique simulant en 3D les processus d’érosion, transport et dépôt de plusieurs lithologies, siliciclastiques et carbonatées. Cette méthodologie a fait l’objet d’un dépôt de brevet en 1996. En 1997 et 1998, en partenariat avec ELF et TOTAL, le modèle a été testé et validé sur plusieurs champs pétroliers (delta du Brent en Mer du Nord, delta du Niger, champ de Carina en Argentine), ainsi que sur des données d’affleurements (Colorado) et sur des systèmes récents (Golfe du Lion, thèse de M. Rabineau, 2001). La première version de DIONISOS traitant des environnements continentaux et marins peu profonds, sous influence dominante des apports fluviaux, j’ai initié une nouvelle thèse en 1996 (A. Hugot) pour modéliser le transport gravitaire en eaux profondes par les courants de turbidité. Là encore, ces nouveaux codes ont été testés sur les environnements récents, tels que le cône sous-marin du Var, et une version modifiée de DIONISOS a été appliquée sur des données d’affleurements (système des Grès d’Annot dans le Sud-Est de la France) et sur le bassin pétrolier de Santos au Brésil (thèse de J. Pinheiro-Moreira, 2000). Devenu en 1997 chef de projet adjoint du groupe Géologie de Réservoir à l’IFP, j’ai alors lancé en 1998 le consortium de recherche DIONISOS, dont le but était le développement d’un logiciel industriel de modélisation stratigraphique multilithologique, et qui est maintenant dans sa deuxième phase. En parallèle avec ces nouvelles approches de simulation, et afin de donner aux industriels des clés pour mieux comprendre l’architecture des réservoirs pétroliers de l’offshore profond, j’ai lancé en 1997 un autre consortium de recherche dénommé TURBIDITES : son but était d’établir des modèles 3D de réservoirs turbiditiques à partir des affleurements spectaculaires des Grès d’Annot dans les Alpes méridionales françaises. Sept sites ont été étudiés en détail et modélisés par des méthodes géostatistiques, toujours contraintes par un cadre stratigraphique et séquentiel strict. Les blocs faciologiques 3D reconstruits ont fait l’objet de simulations sismiques et dynamiques synthétiques. Ces affleurements ont été utilisés comme analogues pour modéliser différents champs brésiliens (Namorado, Carapeba). Le couplage entre évolution du bassin et architecture réservoir a été menée dans le cadre de la thèse d’E. du Fornel (2003), cofinancée par l’IFP et ELF : celle-ci a abouti à une reconstitution régionale de l’ensemble du système de dépôt des Grès d’Annot, qui a été validée par une simulation stratigraphique 3D. Ce projet mené en collaboration avec les sédimentologues de Géosciences Rennes a conduit à des avancées importantes sur les systèmes turbiditiques, notamment l’élaboration d’un modèle original de rampe turbiditique confinée par la tectonique compressive synsédimentaire, et le développement du premier modèle de séquence génétique en environnement turbiditique. Ces travaux de recherche effectués de 1997 à 2001 ont été présentés lors d’une conférence de recherche internationale que j’ai organisée en septembre 2001, en collaboration avec l’Université d’Aberdeen : les résultats majeurs ont été édités dans deux volumes spéciaux de la Geological Society de Londres, l’un traitant du système des Grès d’Annot, l’autre des systèmes turbiditiques confinés en général.


7

En septembre 1998, en parallèle avec mes activités de recherche sur l’architecture et la dynamique sédimentaire des dépôts gravitaires profonds, je suis devenu enseignant-chercheur à l’Ecole Nationale Supérieure des Pétroles et des Moteurs, en charge de deux modules d’enseignement (respectivement de 126 et 81 h), traitant de la sédimentologie et des méthodes de caractérisation des réservoirs clastiques. De 2000 à 2003, mes heures effectives d’enseignement ont varié entre 201 et 270 h annuelles, réparties de façon à peu près équilibrée entre cours, travaux dirigés et stages de terrain. Depuis 1983, j’ai édité deux ouvrages, publié 44 articles, dont 35 avec comité de lecture, et déposé deux brevets d'invention. Je suis auteur ou coauteur de 36 rapports et 67 communications dans des congrès (dont 3 comme conférencier invité et 3 comme président de session) : l’une d’entre elles a obtenu le prix SEPM du meilleur poster lors de l’AAPG de Salt Lake City en 2003 et une autre a été sélectionnée parmi les « Best Posters » de l’AAPG de Rio de Janeiro en 1998 et représentée à l’AAPG 1999 de Birmingham. J’ai co-organisé 9 excursions géologiques. J’ai encadré directement 4 thèses d’université et co-encadré 3 autres doctorats, 9 DEA et 8 diplômes de fin d’études d’écoles d’ingénieurs (ENSPM, Ecole des Mines de Paris, Ecole de Géologie de Nancy) et j’ai participé à 11 jurys de thèse français ou étrangers (dont 2 comme rapporteurs).

Curriculum Vitae

9

Curriculum Vitae Philippe JOSEPH Né le 28 Juillet 1954 Nationalité Française Adresse personnelle : 4, square des Montferrands, 78160 Marly-le-Roi

Tél : 01 39 58 38 54 Situation actuelle : Enseignant-chercheur à l’Institut Français du Pétrole

Professeur assistant à l'ENSPM (École Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs) depuis Septembre 1997 Ingénieur de recherche principal à la Division de Recherche Géologie – Géochimie de l’IFP depuis Mai 1996

Adresse professionnelle : École du Pétrole et des Moteurs / IFP School

228 – 232, avenue Napoléon Bonaparte 92852 Rueil Malmaison Cedex Tél : 01 47 52 69 98, Fax : 01 47 52 70 79 email : [email protected]

FORMATION ET TITRES UNIVERSITAIRES 1982 Docteur-Ingénieur en Géologie (Sciences et Techniques Minières)

École Nationale Supérieure des Mines de Paris Mention Très Honorable avec félicitations du jury Sujet : « Le minerai de fer oolithique ordovicien du Massif Armoricain : Sédimentologie et Paléogéographie »

1979 Géologue de la Section d'Études Géologiques et Minières de l'École des Mines de Paris (« 4ème année » de spécialisation en géologie)

1977 Ingénieur civil des Mines de l’École Nationale Supérieure des Mines de Paris

EXPÉRIENCE PROFESSIONNELLE Depuis Septembre 1998 : Enseignant-chercheur à l’ENSPM

- Professeur en charge de deux modules d’enseignement - Recherche sur l’architecture et la dynamique des dépôts profonds

Octobre 1997 à Juin 1998 : Détachement de 9 mois au sein de la compagnie TOTAL comme

chef d’un projet commun IFP - TOTAL de modélisation intégrée de réservoir (Champ de Bongkot, Thaïlande)

1997 - 1998 : Chef de projet adjoint du groupe Géologie de Réservoir de l’IFP, responsable de deux

sous-projets jusqu’en 2001 - Modélisation stratigraphique déterministe (consortium de recherche DIONISOS) - Caractérisation et modélisation des réservoirs turbiditiques (consortium de recherche

TURBIDITES) 1991 - 1996 : Ingénieur de recherche senior dans le groupe Géologie de Production de l’IFP

- 1991 - 1994 : Études de sédimentologie et de modélisation 3D d’affleurements (responsable IFP du projet français ARTEP / FSH « Étude des affleurements » et du projet CEE JOULE I « Modelling the Earth for Oil Exploration » en partenariat avec ELF, TOTAL, AGIP et PETROFINA)

Curriculum Vitae

10

- 1992 - 1998 : Élaboration d’une base de données quantitatives sur les réservoirs siliciclastiques et carbonatés (responsable IFP du projet français ARTEP / FSH « Quantification de la géométrie des corps réservoirs » en partenariat avec ELF, GDF et TOTAL)

- 1993 - 1996 : Développement de méthodes de modélisation de réservoir déterministes et géostatistiques (responsable IFP du projet CEE JOULE II « Stratigraphic deterministic modelling of sedimentary units in fluvial and shallow marine environments »)

1986 - 1990 : Ingénieur Recherche-Développement - Chef de projet au BEICIP (Bureau d’Études

Industrielles et Commerciales de l’Institut du Pétrole) - Développement et commercialisation de modèles numériques géologiques et

géochimiques appliqués à l'exploration pétrolière (MATOIL, GENEX, OPTKIN) - Études industrielles de modélisation de bassin avec les logiciels BACKSTRIPPING,

MATOIL, OPTKIN, TEMISPACK - Encadrement de séminaires de formation à la modélisation géologique et géochimique

1982 - 1985 : Enseignant-chercheur au Centre de Sédimentologie de l'École Nationale Supérieure des

Mines de Paris - Recherche en sédimentologie quantitative - Traitement mathématique des séries géologiques - Dynamique des bassins sédimentaires et relation tectonique / sédimentation - Chargé de cours en géologie depuis 1978

1979 - 1981 : Elève-chercheur au Centre de Sédimentologie de l'École Nationale Supérieure des Mines de

Paris - Sédimentologie, paléogéographie et diagenèse des minerais de fer oolithiques

ordoviciens du Massif Armoricain - Processus d’oolithisation

SOCIÉTÉS SAVANTES ET ORGANISATIONS PROFESSIONNELLES Membre de la Société Géologique de France (SGF), de l’Association des Sédimentologistes Français (ASF), de l’International Association of Sedimentologists (IAS), de l’European Association of Geoscientists and Engineers (EAGE) et de la Society of Petroleum Engineers (SPE).

Curriculum Vitae

11

ACTIVITÉS D’ENSEIGNEMENT 1. Missions principales à l’École Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs

• Responsable de l’Unité d’Enseignement "Dépôts clastiques" de la scolarité des Ingénieurs Géologues de l’ENSPM (cycle Géosciences Pétrolières, option Géologie) :

durée : 42 demi-journées soit 126 h. • Responsable du module "Clastic Reservoirs and Management of Heterogeneities" du Master of

Sciences Reservoir Geoscience and Engineering (RGE), organisé en collaboration avec Texas A & M University (TAMU) à College Station (USA) :

durée : 27 demi-journées, soit 81 h. • Montage d'études intégrées de champs pétroliers (géologie, géophysique, gisement) pour les différentes

scolarités (Travaux Pratiques). • Montage d’une banque de données affleurements pour les stages de terrain.

2. Cours et TD

• Scolarité Ingénieurs Géologues et Géophysiciens: - Sédimentologie (description de carottes) - Stratigraphie sismique et séquentielle (cours et TD de corrélation) - Modélisation géostatistique des réservoirs (cours et TD sur console)

Durée totale : 18 demi-journées, soit 54 h en 2003 23 demi-journées, soit 69 h en 2002 18 demi-journées, soit 54 h en 2001 17 demi-journées, soit 51 h en 2000

• Master of Sciences Reservoir Geoscience and Engineering (RGE) : - Réservoirs clastiques (cours)

- Étude de cas intégrée de caractérisation et de modélisation de réservoir sur le champ d'Alwyn (TOTAL) Durée totale : 16 demi-journées, soit 48 h en 2003 13 demi-journées, soit 39 h en 2002 14 demi-journées, soit 42 h en 2001 10 demi-journées, soit 30 h en 2000

3. Stages de terrain

• Scolarité Ingénieurs Géologues : - Géologie de Réservoir (Espagne)

• Scolarité Ingénieurs Géophysiciens : - Sédimentologie (Sud-Est de la France)

• Master of Sciences Reservoir Geoscience and Engineering (RGE) : - Sédimentologie et Géologie de Réservoir (Espagne)

Durée totale : 30 demi-journées soit 90 h en 2003 et 2000 32 demi-journées soit 96 h en 2002 et 2001

4. Formation continue

• Formation spécialisée de 3 mois en anglais pour professionnels Reservoir Characterization and Modelling (RCM), montée en collaboration entre l’ENSPM et l’Imperial College de Londres :

Durée totale : 15 demi-journées, soit 45 h de cours en 2001 28 demi-journées, soit 84 h en 2000 (dont 12 demi-journées de stage) 28 demi-journées, soit 102 h en 1999 (dont 10 demi-journées de stage) 24 demi-journées, soit 72 h en 1998 (dont 5 demi-journées de stage)

• Participation aux séminaires ENSPM-FI (Association Formation Industrie de l’IFP) : Durée totale : 2 demi-journées, soit 6 h de cours en 2000

Curriculum Vitae

12

5. Enseignement à l’École de Géologie de Nancy • Étudiants de 3ème année de l’option Pétrole : cours / TD de 9 h/an sur la sédimentologie des turbidites

depuis 2000. Ces activités d’enseignement ont représenté un volume total d’heures effectives d’enseignement de 270 h en 2000, 246 h en 2001, 213 h en 2002 et 201 h en 2003 (sans prise en compte du temps de coordination). 6. Enseignement à l’École des Mines de Paris (de 1979 à 1984)

Chargé de cours depuis Octobre 1978 • Travaux pratiques de cartographie en 1ère et 2ème année (45 h/an en 1979, 1980, 1982, 1983 et 1984) et

géophysique en 3ème année (12 h/an en 1982 et 1983). • Stages de terrain d’initiation à la géologie en 1ère année (48 h/an en 1982 et 1984), cartographie en 2ème

année (112 h en 1983), gravimétrie (48 h en 1982) et métallogénie (40 h en 1982) en 3ème année. • Encadrement sur le terrain et au laboratoire d’élèves de 3ème année (travaux personnels d’option), DEA et

thèse. • Organisation en Août 1984 dans la région de Digne d’un stage de formation permanente de 3 j pour les

instituteurs et professeurs de Seine-et-Marne, en collaboration avec le Centre Départemental de Documentation Pédagogique (CDDP) de Melun.

• Animation durant l’année scolaire 1984 d’un Projet d’Action Éducative (PAE) avec une classe de 4ème du collège d’Avon, sur le thème de la Géologie du Massif de Fontainebleau. Ce projet a gagné le premier prix du concours national « Des Roches de toute la France », organisé par le Musée de la Villette.

ACTIVITÉS ADMINISTRATIVES

• Responsable IFP du projet français ARTEP « Étude des affleurements » en partenariat avec ELF et TOTAL et du projet CEE JOULE I « Modelling the Earth for Oil Exploration » en partenariat avec ELF, TOTAL, AGIP et PETROFINA de 1991 à 1994.

• Responsable IFP du projet français ARTEP « Quantification de la géométrie des corps réservoirs » de 1992 à 1996, puis « Géométrie des corps réservoirs carbonatés » de 1996 à 1998, en partenariat avec ELF, GDF et TOTAL.

• Responsable IFP du projet CEE JOULE II « Stratigraphic deterministic modelling of sedimentary units in fluvial and shallow marine environments » de 1993 à 1996.

• Responsable du consortium de recherche DIONISOS « 3D Multilithological Stratigraphic Modelling for Basin and Reservoir Studies » de 1998 à 2001 (partenaires ELF, SHELL, NORSK HYDRO).

• Responsable du consortium de recherche TURBIDITES « 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot Sandstone Outcrops (Southern Alps, France) » de 1997 à 2001 (partenaires BP-AMOCO, ELF, ENTERPRISE OIL, PETROBRAS, STATOIL).

• Représentant de la Division Géologie - Géochimie dans le groupe « Géomodélisation » de l’IFP de 1991 à 1996 et dans le groupe « Qualité logiciel » de 1995 à 1997.

• Correspondant informatique du groupe Géologie de Production de 1991 à 1997. • Correspondant assurant depuis 1998 la coordination entre le Centre Exploration de l’ENSPM et la

Division Géologie - Géochimie de l’IFP.

Curriculum Vitae

13

ENCADREMENT D’ÉTUDIANTS 1. Promoteur et responsable de l’encadrement de thèse à l’IFP Didier GRANJEON, 1996, Université de Rennes 1, « Modélisation stratigraphique déterministe : conception et applications d’un modèle diffusif 3D multilithologique » (embauché IFP). Thierry JACQUIN, 1997, Université de Paris Sud Orsay (Paris 11), « Étude des perméabilités mesurées à différentes échelles d’un réservoir gréseux fluviatile - développement et application d’un simulateur numérique de tests de puits », thèse financée par GDF (embauché Gaz de France). Alexandre HUGOT, 2000, Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), « Modélisation des écoulements gravitaires catastrophiques par une approche objet dynamique : érosion – transport – dépôt ». Cette thèse a obtenu le prix de la meilleure thèse soutenue à l’IFP en l’an 2000, décerné par le conseil scientifique de l’IFP (embauché Earth Decision Sciences). Elodie DU FORNEL, 2003, Université de Rennes 1, « Reconstitution sédimentologique tridimensionnelle et simulation stratigraphique du système turbiditique éocène - oligocène des Grès d'Annot (Alpes méridionales) », thèse co-financée par l’IFP et ELF (embauchée GEOREX, puis Gaz de France). 2. Co-encadrement de thèse Hugues ACCARIE, 1988, École des Mines de Paris, « Dynamique sédimentaire et structurale au passage plate-forme / bassin. Les faciès carbonatés crétacés et tertiaires : Massif de la Maiella (Abruzzes, Italie) ». Co-encadrement avec B. Beaudoin : 50 % (embauché Ecole des Mines de Paris). Jobel Lourenço PINHEIRO-MOREIRA, 2000, Université de Rennes 1, « Stratigraphie sismique et modélisation stratigraphique des dépôts de l’Éocène du Bassin de Santos (marge brésilienne) ». Co-encadrement avec T. Nalpas et R. Eschard : 25 %, thèse financée par PETROBRAS (actuellement géologue exploration à PETROBRAS). Marina RABINEAU, 2001, Université de Rennes 1, « Un modèle géométrique et stratigraphique des séquences de dépôt quaternaires sur la marge du Golfe du Lion : enregistrement des cycles climatiques de 100 000 ans ». Co-encadrement avec S. Berné et F. Guillocheau : 25 %, thèse co-financée par l’IFP et l’IFREMER (recrutée CR2 au CNRS). 3. DEA Jérome MAILLART, 1985, DEA École des Mines de Paris, « Dynamique de la sédimentation au Berriasien dans le Diois : valorisation des documents existants ». Co-encadrement avec B. Beaudoin : 50 %. Didier GRANJEON, 1993, DEA MQMBS (Méthodes Quantitatives et Modélisation des Bassins Sédimentaires : Universités Pierre et Marie Curie (Paris 6) et Denis Diderot (Paris 7), Institut de Physique du Globe de Paris, Muséum National d’Histoire Naturelle, Ecole des Mines de Paris, ENSPM-IFP), « Quantification et simulation déterministe en sédimentologie ». Marina RABINEAU, 1994, DEA Université H. Poincaré Nancy 1, « Géométrie et distribution des corps et des faciès sédimentaires dans un réseau fluviatile méandriforme : quantification à partir d’une image Landsat ». Marie-Pierre CAZALET, 1995, DEA Université Bordeaux 1, « Essai de quantification de corps sédimentaires dans le delta du Niger ». Co-encadrement avec C. Pabian-Goyeneche (ELF) : 50 %. Alexandre HUGOT, 1996, DEA Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), « Modélisation des processus de sédimentation gravitaire : revue bibliographique et analyse ». Co-encadrement avec S. Zaleski : 50 %.

Curriculum Vitae

14

Nathalie BABONNEAU, 1997, DEA MQMBS, « Analyse sédimentologique et modélisation géologique 3D de réservoirs turbiditiques dans les Grès d'Annot (Alpes maritimes). Affleurements de Sanguinière ».

Gilles COTTERET, 1998, DEA MQMBS, « Modélisation géologique et géostatistique de réservoirs turbiditiques dans la série des Grès d'Annot. Affleurements de Chalufy ». Jean-Marie QUEMENER, 1998, DEA Université de Rennes 1, Géosciences Rennes « Réévaluation d’un système classique de sédimentation turbiditique : les Grès d’Annot (Alpes Maritimes) ». Co-encadrement avec F. Guillocheau : 20 %. Emmanuel CAROLI, 2002, DEA MQMBS, « Modélisation stratigraphique du système turbiditique du Pab (Pakistan). Quantification de paramètres et premiers tests d’inversion ». Co-encadrement avec T. Euzen (IFP) : 20 %. 4. Projet de fin d’étude de l’ENSPM Fernando ALONSO CAMPANERO, 2001, « Organisation séquentielle et architecture réservoir des séries turbiditiques des Grès d’Annot (secteur des Trois Évêchés, SE France) ».

5. Projet de fin d’étude de l’École des Mines de Paris (option Sciences de la Terre) Benoît PATERNOSTER, 1983, « Sills et dykes sédimentaires dans le contexte paléomorphologique de l’Aptien de Rosans ». Co-encadrement avec B. Beaudoin et G. Friès : 50 %. Roland BOUCHET, 1985, « Étude de la tectonique synsédimentaire au Barrémo-Aptien (Région de Sisteron) ». Co-encadrement avec B. Beaudoin et G. Friès : 25 %. Christian CABROL, 1984, « Étude du Crétacé moyen du Sud de la Montagne de Lure ». Co-encadrement avec B. Beaudoin et G. Friès : 50 %. Blaise GARIN, 1997, « Analyse sédimentologique et modélisation géologique 3D de réservoirs turbiditiques dans la série des Grès d'Annot Affleurements d’Annot (Alpes maritimes) ». Sébastien LESUR, 2001, « Reconstitution sédimentologique et modélisation stratigraphique 3D d’un réservoir turbiditique dans le système Éocène-Oligocène des Grès d’Annot. Région de Saint-Antonin (Alpes Maritimes) ». 6. Projet de fin d’étude de l’École de Géologie de Nancy Marina RABINEAU, 1994, « Géométrie et distribution des corps et des faciès sédimentaires dans un réseau fluviatile méandriforme : quantification à partir d’une image Landsat ». Frédéric GAS, 2002, « Les Biseaux Turbiditiques : Typologie et Études d’Analogues Terrain ». 7. Master of Science in Petroleum Geoscience of the Imperial College of London Marina RABINEAU, 1995, « Geological and geostatistical analysis of a meandering system from 3D seismic data ».

Curriculum Vitae

15

PARTICIPATION À DES JURYS DE THÈSE 1. En tant que responsable IFP Didier GRANJEON, 1996, Université de Rennes 1, « Modélisation stratigraphique déterministe : conception et applications d’un modèle diffusif 3D multilithologique ». Thierry JACQUIN, 1997, Université de Paris Sud Orsay (Paris 11), « Étude des perméabilités mesurées à différentes échelles d’un réservoir gréseux fluviatile - développement et application d’un simulateur numérique de tests de puits ». Alexandre HUGOT, 2000, Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), « Modélisation des écoulements gravitaires catastrophiques par une approche objet dynamique : érosion – transport – dépôt ». Elodie DU FORNEL, 2003, Université de Rennes 1, « Reconstitution sédimentologique tridimensionnelle et simulation stratigraphique du système turbiditique éocène des Grès d'Annot (Alpes méridionales) ». 2. En tant que rapporteur ou examinateur Luce Yasmine DESMAISON, 1990, École des Mines de Paris, « La géotraverse Mercantour – Cévennes au Mésozoïque. Approche quantitative de la dynamique du bassin ». Amélie QUIQUEREZ, 1999, Université Joseph Fourier (Grenoble 1), « Le remplissage des bassins sédimentaires carbonatés – Contraintes géologiques et modélisations numériques ». Jobel Lourenço PINHEIRO-MOREIRA, 2000, Université de Rennes 1, « Stratigraphie sismique et modélisation stratigraphique des dépôts de l’Éocène du Bassin de Santos (marge brésilienne) ». Leandro COSTA REIS, 2001, Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), « Intégration de données dynamiques dans un modèle géostatistique de réservoir ». Marina RABINEAU, 2001, Université de Rennes 1, « Un modèle géométrique et stratigraphique des séquences de dépôt quaternaires sur la marge du Golfe du Lion : enregistrement des cycles climatiques de 100 000 ans ». Nathalie BABONNEAU, 2002, Université de Bordeaux 1, « Mode de fonctionnement d’un chenal turbiditique méandriforme : cas du système turbiditique actuel du Zaïre » (rapporteur). David Alan STANBROOK, 2003, PhD thesis of the Heriot-Watt University, Edinburgh (UK), « The Geology of Grand Coyer, Southeast France. Relationships between Basin Floor Topography and the deposition of the Grès d’Annot and Marnes Brunes Inférieures » (rapporteur).

Activités de Recherche

17

Activités de recherche

DÉTAIL DES ACTIVITÉS Ce chapitre donne le détail de mes activités de recherche de façon chronologique : les publications sont référencées et les rapports internes sont listés dans les contrats industriels. Les citations d’articles sont données dans la liste bibliographique à la fin du document de synthèse. 1. Sédimentologie des minerais de fer (École des Mines de Paris de 1979 à début 1982) Les mines de fer du Massif Armoricain étant à cette période en voie de fermeture, j’ai été chargé, dans le cadre de ma thèse de docteur ingénieur, d’effectuer une synthèse sédimentologique et paléogéographique des minerais de fer oolithiques ordoviciens de Normandie, Anjou et Bretagne. J’ai alors appliqué les techniques nouvelles de la stratigraphie séquentielle pour identifier la superposition de séquences sédimentaires et diagénétiques, les corréler et reconstituer la paléogéographie des environnements oolithisants (dunes côtières infratidales). Des études quantitatives au microscope, à la microsonde électronique, au MEB et aux Rayons X m’ont conduit à proposer une nouvelle hypothèse de genèse des oolithes ferrugineuses (publication 2 p.21). 2. Dynamique des bassins sédimentaires (École des Mines de Paris de 1982 à 1985) De 1982 à 1985, mes activités d’enseignant-chercheur au Centre de Sédimentologie de l'École des Mines de Paris ont porté principalement sur la dynamique des bassins sédimentaires et les relations entre déformation, fracturation et sédimentation. Dans le cadre du GIS GENEBASS « Genèse des Bassins Sédimentaires », associant le CNRS, la CFP, la SNEA(P), l’IGAL et l’École des Mines et en collaboration avec l’Université de Lille (J.F. Deconinck et H. Chamley), la subsidence du bassin du Sud-Est de la France au Jurassique – Crétacé a été analysée de façon quantitative, en comparant l’évolution de différents paramètres (proportions lithologiques, pourcentage en resédiments gravitaires (slumps et turbidites), teneur des minéraux argileux). Cette approche a permis de discuter le contrôle tectonique, climatique et eustatique des mégaséquences sédimentaires du Malm – Crétacé (contrat 1 p. 31 et publication 5 p. 21). Elle a bénéficié du développement de nouveaux outils informatiques (corrélation statistique, analyse séquentielle informatique, décompaction automatisée, simulation numérique de sédimentation…). En parallèle, des modèles sédimentologiques de cônes sous-marins profonds ont été élaborés en collaboration avec B. Beaudoin et G. Friès, en environnement carbonaté (Berriasien : publications 10, 11 p. 22 et 36 p. 24 et DEA de J. Maillart 1985) et argilo-gréseux (Apto-Albien : publication 4 p. 21) : le contrôle des paléotopographies sous-marines par la tectonique a été démontré (contrat 3 p. 31 et publications 7, 8, 9 p. 21et 12 p. 22). Des indices de fracturation précoces (sills et dykes synsédimentaires) ont été reconnus et leurs conditions de mise en place ont été étudiés en détail (publication 3 p. 21). Dans le cadre d’un contrat avec la SNEA(P) (contrat 2 p. 31) et du co-encadrement d’une thèse de Docteur-Ingénieur (H. Accarie, 1988), les modalités du passage plate-forme carbonatée – bassin ont été analysées dans le Massif de la Maiella en Italie centrale, afin de mieux interpréter la sismique des champs pétroliers de l’offshore adriatique : la géométrie 3D de l’onlap des dépôts gravitaires sur le talus et l’impact de la structuration tectonique ont été reconstitués (publication 6 p. 21). En parallèle de ces activités de recherche, j’ai mené une activité importante d’enseignement, auprès des élèves ingénieurs de l’École des Mines (option Sciences de la Terre) et en co-encadrement de DEA et thèse (cf. Activités d’Enseignement p. 12). J’ai également animé des actions de vulgarisation en collaboration avec le Centre Départemental de Documentation Pédagogique de Melun (cf. Brochures de vulgarisation p. 34). 3. Développement de modèles géochimiques (BEICIP de 1986 à 1990) En Mai 1986, j’ai été recruté au sein de la Division Exploration du BEICIP (Bureau d’Études Industrielles et Commerciales de l’Institut du Pétrole) pour prendre en charge le développement sur ordinateur VAX et micro-ordinateur IBM-PC d’une famille de logiciels industriels de modélisation géochimique : ma tâche de chef de projet était de concevoir et de réaliser l’interface interactif de saisie des données, d’améliorer le code de calcul et de le porter sur PC, et de réaliser les visualisations graphiques. Les logiciels MATOIL et GENEX, basés sur les modèles de cinétique des kérogènes qui venaient d’être élaborés à l’IFP (Ungerer et al., 1984), ont pour but de reconstituer l’évolution géologique et thermique d’une colonne sédimentaire, et de simuler la maturation thermique des roches-mères et la génération des hydrocarbures au cours des temps géologiques : par rapport à MATOIL, le logiciel de 2ème génération


18

GENEX (contrat 4 p. 32) prend en compte l’expulsion des hydrocarbures de la roche-mère, et une cinétique multi-compositionnelle (plusieurs classes de gaz et huile sont générées). En quatre ans, ces logiciels d’aide à l’exploration ont été vendus à une centaine d’exemplaires à des compagnies pétrolières internationales. Le logiciel OPTKIN, développé intégralement sur micro-ordinateur IBM-PC, a pour but la détermination des paramètres de cinétique chimique d’un kérogène déterminé, à partir de mesures en laboratoire (appareil Rock-Eval ; Espitalié et al., 1985). Ces paramètres sont utilisés dans les modèles de bassin type GENEX ou TEMISPACK. Ces logiciels GENEX et OPTKIN sont toujours commercialisés à ce jour. J’ai en outre assuré pour une compagnie pétrolière le portage sur HP9000 et IBM-PC du logiciel CARBOLOG (estimation des teneurs en carbone organique à partir de données diagraphiques). En parallèle à ces activités de recherche-développement, j’ai participé à plusieurs études d’évaluation du potentiel pétrolier de prospects et bassins sédimentaires (Aquitaine et Mer du Nord : contrats DEMINEX, GECO, SAGA, TOTAL), à l’aide de ces modèles MATOIL et OPTKIN et de modèles 2D plus sophistiqués (BACKSTRIPPING, TEMISPACK), simulant la migration des hydrocarbures et leur piégeage au cours des temps géologiques. En outre, j’ai assuré la promotion de ces logiciels via des démonstrations lors de congrès internationaux et l’encadrement de séminaires de formation à la modélisation géologique et géochimique. 4. Modélisation géostatistique des réservoirs (Projet Géologie de Production de l’IFP) En Septembre 1990, j’ai pu bénéficier d’une mutation interne au sein du groupe IFP et intégrer le projet « Géologie de Production » de la Division Géologie – Géochimie (chef de projet : Christian Ravenne).

• Étude des affleurements des Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles, 1991 - 1994) J’ai alors pris en charge en 1991 la responsabilité technique du projet « Étude des affleurements », soutenu par l’ARTEP / FSH (Association de Recherche sur les Techniques d’Exploitation du Pétrole / Fonds de Soutien des Hydrocarbures) et la CEE (programme Geoscience JOULE I, 1990 - 1993, coordinateur : Olivier Dubrule, ELF). Ce projet de recherche associant l’IFP, ELF et TOTAL pour la partie française, en collaboration avec AGIP et PETROFINA pour le programme européen (contrat 5 p. 32), a conduit à deux résultats majeurs : - la validation d’une méthodologie de modélisation géostatistique 3D des réservoirs (méthode HERESIM

développée conjointement par l’IFP et le Centre de Géostatistique de l’École des Mines de Paris) : cette validation a été menée via l’étude des affleurements de la formation deltaïque des Grès de Roda dans les Pyrénées Espagnoles (publications 1 p. 21 et 14 p. 22). Dans ce cadre, des nouvelles méthodes de visualisation et d’animation 3D ont été développées en collaboration avec l’équipe IMAGES de la Direction Informatique et Mathématiques Appliquées de l’IFP (V. Bui-Tran et J.L. Pajon, publication 13 p. 22).

- le développement, également en partenariat avec le Centre de Géostatistique (L.Y. Hu) de nouvelles méthodes de modélisation dites aléatoires-génétiques, couplant une approche déterministe (génétique) de simulation de la construction d’un lobe deltaïque, et l’utilisation de paramètres de simulation stochastiques (publication 16 p. 22). Cette approche, développée sur un des systèmes deltaïques de Roda (Corps X), a été validée sur un second système (Corps Y).

Deux excursions de terrain ont été organisées en partenariat avec ELF et TOTAL, l’une en 1991 pour le programme CEE Geoscience JOULE, l’autre en 1992 pour l’Association des Sédimentologistes Français (cf. Organisation d’excursions géologiques p. 31). Ces nouvelles méthodes de modélisation géostatistique HERESIM ont été testées sur un stockage souterrain de gaz, dans le cadre plus large du développement d’un simulateur numérique d’essais de puits (thèse de Thierry Jacquin 1997, financée par Gaz de France). En 1995 - 1996, j’ai également participé à une étude commune IFP / TOTAL sur le champ de Peciko en Indonésie, qui a essayé d’élaborer une méthodologie pour coupler ces nouvelles méthodes de simulation géostatistique de réservoir avec les modèles de bassin type TEMISPACK (contrat 8 p. 32).

• Construction d’une base de données quantitatives sur la géométrie des corps réservoirs (1992 - 1998) En parallèle avec le développement de ces méthodes de modélisation, j’ai pris en charge à partir de 1992 le suivi du projet ARTEP « Quantification de la géométrie des corps réservoirs » : ce projet, associant l’IFP, ELF, TOTAL et Gaz de France (coordinatrice : Cécile Pabian-Goyheneche, ELF), avait pour but de construire une base de données quantifiées sur la géométrie et le remplissage en faciès des corps réservoirs siliciclastiques, afin de fournir des jeux de paramètres réalistes pour les simulations géostatistiques de champs pétroliers. Cette base informatique, dont j’ai assuré la conception et la supervision, a été élaborée sur le logiciel FileMaker Pro, puis portée sur 4ème Dimension en partenariat avec ELF. Elle a été nourrie par des campagnes


19

de terrain d’acquisition de paramètres réservoir, notamment dans le Mesa Verde au Colorado (contrat 6 p. 32). Ce projet s’est poursuivi de 1996 à 1998 par la construction sous 4ème Dimension d’une base de données équivalente pour les environnements carbonatés, dans le cadre d’un nouveau projet ARTEP « Quantification des corps réservoirs carbonatés » (contrat 9 p. 32). Là encore, des missions de terrain ont permis d’alimenter la base de données en paramètres quantitatifs (publication 24 p. 23).

• Développement d’un logiciel d’analyse d’images Ces bases de données ont également été alimentées par une analyse de systèmes actuels à partir de photos satellite interprétées (fleuve Sénégal, DEA de Marina Rabineau 1994 ; delta du Niger, DEA de Marie-Pierre Cazalet 1995). J’ai alors initié et coordonné le développement à l’IFP d’un logiciel d’analyse d’images (Joseph et al., 1995). Ce logiciel GIGA (Geological Image Geostatistical Analysis) permet de calculer interactivement des paramètres de dimensions de corps sédimentaires ou de distribution de faciès (proportions spatiales et variogrammes). Il a également été utilisé sur des données d’affleurement, afin de quantifier des interprétations de panneaux photos de falaise (Navarre, 1993).

• Modélisation réservoir intégrée du Champ de Bongkot (Thaïlande) D’Octobre 1997 à Juin 1998, à la demande de la Direction de l’Objectif Exploration – Gisement de l’IFP, j’ai été détaché 9 mois au sein de la compagnie TOTAL pour prendre la responsabilité d’un projet commun IFP - TOTAL sur le champ de Bongkot en Thaïlande (contrat 13 p. 33), au sein d’une équipe pluridisciplinaire comprenant géologue de réservoir (N. Anant-Raksakul), modélisatrice (B. Doligez), sédimentologue (M. Caplan) et géophysicien (P. Turpin). Le but du projet était de développer et de valider, sur un champ fluvio-deltaïque riche en gaz, une méthodologie de modélisation de réservoir intégrant la géologie (carottes et diagraphies), la géophysique (cartes d’attributs sismiques) et les données de production (mesures de pression, analyses pétrophysiques, contacts fluides) : cette intégration a été opérée via l’utilisation de méthodes géostatistiques sophistiquées (dites non stationnaires, car à moyenne spatiale variant horizontalement et verticalement), qui permettent d’utiliser les cartes sismiques comme contraintes pour la simulation des lithologies. Le grand intérêt de ces méthodes est de pouvoir fournir plusieurs réalisations possibles du modèle de réservoir, honorant toutes les données disponibles, et de quantifier ainsi l’incertitude sur les volumes de fluides en place (huile et gaz), en fournissant des lois de distribution (publication 38 p. 24). 5. Modélisation stratigraphique déterministe

• Développement du modèle DIONISOS En 1993, j’ai initié le développement de nouvelles méthodes de modélisation, utilisant une approche purement déterministe de simulation de sédimentation (modélisation stratigraphique DIONISOS : DIffusion Oriented Normal & Inverse Simulation Of Sedimentation). Ce développement a été assuré par Didier Granjeon, dans le cadre de sa thèse de Géosciences Rennes (1996), co-encadrée avec François Guillocheau : de 1993 à 1996, il a bénéficié du soutien de la communauté européenne via le programme CEE JOULE II « Stratigraphic deterministic modelling of sedimentary units in fluvial and shallow marine environments » dont j’ai été le responsable IFP (contrat 7 p. 32). Toute une méthodologie a alors été mise au point, depuis l’estimation initiale des paramètres de simulation (subsidence et eustatisme, publication 15 p. 22), la définition des lois de transport des sédiments, jusqu’au calage des simulations sur des données réelles (coupes ou puits) en utilisant une boucle d’inversion des ces paramètres (application sur le bassin de Paris, publication 18 p. 22). Ce nouveau modèle DIONISOS, qui constituait alors le premier modèle stratigraphique simulant en 3D les processus d’érosion et sédimentation de plusieurs lithologies (siliciclastiques et carbonatées), a été présenté en 1996 lors de la conférence internationale « Numerical Experiments in Stratigraphy », tenue à Lawrence (Kansas). Lors de cette conférence, un couplage entre modélisation stratigraphique et simulation géostatistique de réservoir a également été présenté (publication 17 p. 22). Un brevet industriel a été déposé dès 1996 pour protéger cette invention (cf. Brevets d’invention p. 34).

• Applications Les années 1997 - 1998 ont correspondu à une phase de test et de validation de ce nouveau modèle stratigraphique, grâce à plusieurs applications sur des champs pétroliers en partenariat avec les compagnies ELF (delta du Brent, contrat 10 p. 33 ; delta du Niger, contrat 11 p. 33) et TOTAL (Argentine, contrat 12 p. 33). Les résultats obtenus m’ont conduit à lancer en 1998 le consortium de recherche DIONISOS (partenaires : ELF, SHELL, NORSK HYDRO, rejoints ultérieurement par TOTAL, REPSOL-YPF, CHEVRON-TEXACO, PETROBRAS, ENI-AGIP), dont le but était le développement d’un logiciel industriel de


20

modélisation stratigraphique multilithologique, et qui est maintenant dans sa deuxième phase, sous la responsabilité de Didier Granjeon. Dans le cadre de la thèse Géosciences Rennes de Marina Rabineau (2001), co-financée par l’IFP et l’IFREMER, le logiciel a également été utilisée sur des environnements récents, pour tester les modalités de l’empilement des séquences de dépôt quaternaires du Golfe du Lion, sous l’influence des cycles eustatiques de 100 000 ans (publication 35 p. 23). La première version de DIONISOS traitant seulement des environnements continentaux et marins peu profonds, soumis principalement à l’influence des apports fluviaux, j’ai alors initié en 1996 la thèse d’Alexandre Hugot (2000) afin de développer des codes de simulation pour le transport gravitaire des sédiments en eaux profondes par les courants de turbidité (publications 19, 20 p. 22 et 42 p. 24). Ces nouveaux codes ont été appliqués sur des événements récents, notamment l’effondrement de l’aéroport de Nice en 1979 et les écoulements gravitaires dans le canyon et le cône sous-marin du Var, en partenariat avec l’IFREMER (publication 22 p. 22). Une nouvelle version de DIONISOS prenant en compte ces nouveaux codes de simulation gravitaire a été testée sur les affleurements des Grès d’Annot dans le Sud-Est de la France (projet de fin d’étude de l’École des Mines de Paris de Sébastien Lesur (2001), thèse d’Elodie du Fornel (2003) et publication 28 p. 23) et sur la formation du Pab au Pakistan (DEA d’Emmanuel Caroli, 2002). Elle a été appliquée par Jobel Pinheiro-Moreira sur la marge éocène du bassin pétrolier de Campos (Brésil), dans le cadre de sa thèse de Géosciences Rennes (2000), financée par PETROBRAS (publications 23 p. 22, 41 et 44 p. 24). 6. Architecture des systèmes turbiditiques

• Modèles de réservoirs dans les Grès d’Annot (consortium TURBIDITES) De 1997 à 2001, suite à un projet bilatéral avec la compagnie brésilienne PETROBRAS, j’ai pris en charge un autre consortium de recherche, dont le but était d’établir des modèles 3D de réservoirs turbiditiques à partir des affleurements bien connus des Grès d’Annot dans les Alpes Méridionales Françaises (partenaires : BP-AMOCO, ELF, ENTERPRISE OIL, PETROBRAS, STATOIL, contrat 14 p. 33). Sept sites d’échelle kilométrique, présentant d’excellentes qualités d’affleurement, ont été étudiés en détail d’un point de vue sédimentologique, et leur architecture réservoir a été reconstruite par des méthodes géostatistiques (en partie dans le cadre des projets de fin d’étude de Blaise Garin (1997) à l’École des Mines de Paris et de Fernando Alonso Campanero (2001) à l’ENSPM, et des DEA de Nathalie Babonneau (1997), Gilles Cotteret (1998) et Jean-Marie Quéméner (1998) : publication 21 p. 22). Ces blocs 3D décrits en faciès ont fait l’objet de simulations sismiques synthétiques (publications 25 p. 23 et 43 p. 24), ainsi que de simulations synthétiques d’essais de puits (Joseph & Seguin, 2000), afin d’analyser la signature sismique et dynamique de différentes architectures turbiditiques. Durant cette période, de nombreuses excursions de terrain ont été organisées pour les compagnies participant au consortium TURBIDITES, mais également pour l’AAPG et l’AFTP en 1995 (cf. Organisation d’excursions géologiques p.31). En parallèle à ce consortium, les collaborations avec différentes équipes académiques et industrielles ont été accrues et ont conduit à des avancées importantes sur les systèmes turbiditiques et à une valorisation des résultats acquis : - développement d’un modèle de séquence génétique / paraséquence en environnement turbiditique et

distorsion de ce motif séquentiel par la tectonique synsédimentaire avec Géosciences Rennes (François Guillocheau, Cécile Robin, Olivier Broucke et DEA de Jean-Marie Quéméner (1998), publications 26 et 30 p. 23),

- signature géochimique des faciès turbiditiques et relation avec les processus de transport et dépôt avec l’École des Mines de Saint Etienne (Daniel Garcia, Benoît Maréchal et Jacques Moutte, publication 29 p. 23),

- utilisation de ces affleurements comme analogues pour modéliser les hétérogénéités internes de champs brésiliens avec PETROBRAS (Olinto Gomes de Souza, Marco Moraes et Paulo Blaskovski, publications 33 p. 23 et 40 p. 24),

- géométrie des pièges stratigraphiques induits par le dépôt en onlap des turbidites sur les bordures de pente avec SHELL (Ru Smith, publication 34 p. 23).

• Architecture tridimensionnelle du système de dépôt Suite à ce consortium TURBIDITES, une thèse de Géosciences Rennes (Elodie du Fornel, 2003) a été co-financée en 2000 par l’IFP et ELF afin de synthétiser l’ensemble des informations acquises et d’aboutir à une reconstitution régionale de l’ensemble du système des Grès d’Annot (publication 27 p. 23). Un modèle original de rampe turbiditique confinée par la tectonique compressive synsédimentaire a pu être élaboré et validé par une simulation stratigraphique 3D (publication 28 p. 23).


21

Une grande partie de ces résultats a été présentée lors de la conférence de recherche internationale et l’excursion géologique que j’ai organisées à Nice en Septembre 2001, en collaboration avec l’Université d’Aberdeen (Simon Lomas). Cette conférence « Turbidite Sedimentation in Confined Basins : an Outcrop Perspective » a donné lieu à l’édition de deux volumes de la Société Géologique de Londres, l’un sur le système des Grès d’Annot, l’autre sur les systèmes turbiditiques confinés en général (cf. Ouvrages édités ci-après et publications 31 et 32 p. 23).

• Caractérisation des biseaux turbiditiques fins En 2002 - 2003, un nouveau projet bilatéral a été lancé avec PETROBRAS sur les réservoirs turbiditiques fins, invisibles sur la sismique conventionnelle, et correspondant à des chenaux peu épais ou à des biseaux d’onlap en bordure de pente (contrat 15 p. 34, et étude de terrain dans le cadre du projet de fin d’étude ENSG de Frédéric GAS, 2002). 15 % des réservoirs du bassin de Campos correspondraient à ce type de pièges pétroliers, et une meilleure reconnaissance et caractérisation de ces réservoirs fins constituent un enjeu stratégique pour PETROBRAS. Ce projet est actuellement en cours.

OUVRAGES ÉDITÉS 1. Éditeur

JOSEPH P. & LOMAS S.A. (eds) 2004. Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems. Geological Society, London, Special Publications, 221, 448 p.

LOMAS S.A. & JOSEPH P. (eds) 2004. Confined Turbidite Systems. Geological Society, London, Special Publications, 222, 328 p. 2. Auteur d’un chapitre dans des ouvrages spécialisés

1 DUBRULE O., LESUEUR J.L., CLAUDE D., SOUDET H.J., TEBALDI E., BARUFFINI L., FONNESU F., MENNIG J.J., CRUMEYROLLE P., JOSEPH P., DOLIGEZ B., RAVENNE C., HU L.Y., BEUCHER H. & GALLI A. (1994). " From Sedimentology to Geostatistical Reservoir Modeling. The Roda, Cajigar and Poulseur Modeling Studies. Final Report of the GEOSCIENCE Project JOUF 00-34. " In : "Modeling the Earth for Oil Exploration", K. Helbig (ed.), Final Report of the CEC’s GEOSCIENCE I Program 1990-1993, Pergamon Press Inc., Elsmford, p. 19-114.

PUBLICATIONS DANS DES REVUES À COMITÉ DE LECTURE 2 JOSEPH P. et BEAUDOIN B. (1983). - Microséquences intra-oolithiques dans le minerai de fer

ordovicien normand (Llanvirn). Nouvelle hypothèse de genèse des oolithes ferrugineuses. C.R. Acad. Sci. Paris, t. 296, série II, p. 1533-1538.

3 BEAUDOIN B., FRIES G., JOSEPH P. et PATERNOSTER B. (1983). - Sills gréseux sédimentaires injectés dans l'Aptien supérieur de Rosans (Drôme). C.R. Acad. Sci. Paris, t. 296, série II, p. 387-392.

4 FRIES G., BEAUDOIN B., JOSEPH P. et PATERNOSTER B. (1984). - Les grès de Rosans et les slumpings aptiens associés : restitution paléomorphologique. Bull. Soc. Géol. Fr., (7), t. XXVI, n°4, p. 125-134.

5 DECONINCK J.F., BEAUDOIN B., CHAMLEY H., JOSEPH P. et RAOULT J.F. (1985). - Contrôle tectonique, eustatique et climatique de la sédimentation argileuse du domaine subalpin français au Malm-Crétacé. Rev. Géol. Dyn. Géogr. Phys., vol. 26, fasc. 5, p. 311-320.

6 ACCARIE H, BEAUDOIN B., CUSSEY R., JOSEPH P. et TRIBOULET S. (1986). - Dynamique sédimentaire et structurale au passage plate-forme / bassin. Les faciès carbonatés crétacés du Massif de la Maiella (Abruzzes, Italie). Mém. Soc. Géol. It., 36, p. 217-231.

7 BEAUDOIN B., FRIES G., JOSEPH P., BOUCHET R. et CABROL C. (1986). - Tectonique synsédimentaire crétacée à l'Ouest de la Durance (S.E. France). C.R. Acad. Sci. Paris, t. 303, série II, p. 713-718.


22

8 JOSEPH P., CABROL C. et FRIES G. (1987). - Blocs basculés et passes sous-marines dans le champ de Banon (France S.E.) à l'Apto-Albien : une paléotopographie directement contrôlée par la tectonique synsédimentaire décrochante. C.R. Acad. Sci. Paris, t. 304, série II, p. 447-452.

9 JOSEPH P., CABROL C. et FRIES G. (1987). - Le Champ de Banon à l'Apto-Albien : contrôle de la sédimentation argilo-sableuse par la tectonique synsédimentaire. Géologie Alpine, Mém. h.s. n°13, p. 227-234.

10 BEAUDOIN B., JOSEPH P. et COJAN I. (1987). - Resédimentation au Jurassique terminal - Berriasien : mécanismes et paléomorphologies. Géologie Alpine, Mém. h.s. n°13, p. 187-196.

11 JOSEPH P., BEAUDOIN B., SEMPERE T. et MAILLART J. (1988). - Vallées sous-marines et systèmes d'épandages carbonatés du Berriasien vocontien (Alpes méridionales françaises). Bull. Soc. Géol. Fr., (8), t. IV, n°3, p. 363-374.

12 JOSEPH P., BEAUDOIN B., FRIES G. et PARIZE O. (1989). - Les vallées sous-marines enregistrent au Crétacé inférieur le fonctionnement en blocs basculés du domaine vocontien. C.R. Acad. Sci. Paris, t. 309, série II, p. 1031-1038.

13 BUI-TRAN, V., PAJON, J.L., JOSEPH, P. and CHAUTRU, J.M. (1991): " 3D Reservoir Visualization ". J. of Petroleum Technology, Nov. 1991, p. 1310-1314.

14 JOSEPH, P., HU, L.Y., DUBRULE, O., CLAUDE, D., CRUMEYROLLE, P., LESUEUR, J.L. & SOUDET, H.J. (1993): " The Roda Deltaic Complex (Spain) : From Sedimentology to Reservoir Stochastic Modelling ". In : "Subsurface Reservoir Characterization from Outcrop Observations", R. Eschard and B. Doligez (eds.), Technip Éditions, p. 97-109.

15 GRANJEON, D., JOSEPH, P., LAFONT, F., et GUILLOCHEAU, F. (1994): " Quantification de l'eustatisme haute-fréquence et de la subsidence par analyse de l'espace disponible. Application au bassin d'avant-pays sud-pyrénéen (région de Jaca, Éocène) ". C.R. Acad. Sci. Paris, t. 319, série II, p. 1071-1077.

16 HU, L.Y., JOSEPH, P. and DUBRULE, O. (1994): " Random Genetic Simulation of the Internal Geometry of Deltaic Sand Bodies . SPEFE December 1994, p. 245-250.

17 DOLIGEZ, B., GRANJEON, D., JOSEPH, P., ESCHARD, R. and BEUCHER, H. (1999): " How can stratigraphic modeling help constrain geostatistical reservoir simulations ? ". In : "Numerical Experiments in Stratigraphy : Recent Advances in Stratigraphic and Sedimentologic Computer Simulations", Harbaugh, J.W. et al. (eds), SEPM Sp. Publ. No. 62, p. 239–244.

18 GRANJEON, D. and JOSEPH, P. (1999): " Concepts and applications of a 3-D multiple lithology, diffusive model in stratigraphic modeling ". In : "Numerical Experiments in Stratigraphy : Recent Advances in Stratigraphic and Sedimentologic Computer Simulations", Harbaugh, J.W. et al. (eds), SEPM Sp. Publ. No. 62, p. 197–210.

19 HUGOT, A., ZALESKI, S. and JOSEPH, P. (1999) : " Dilute gravity flows : a phenomenological model in thin layer theory ". C.R. Acad. Sci. Paris, t. 327, Série II b, p. 457-462.

20 HUGOT, A., ZALESKI, S. and JOSEPH, P. (2000): " Phenomenological Modeling of Catastrophic Dilute Gravity Flows ". Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP, Vol. 55 (2000), No. 5, pp. 471-483.

21 JOSEPH, P., BABONNEAU, N., BOURGEOIS, A., COTTERET, G., ESCHARD, R., GARIN, B., GOMES DE SOUZA, O., GRANJEON, D., GUILLOCHEAU, F., LERAT, O., QUEMENER, J.M. and RAVENNE, C. (2000) : " The Annot Sandstone outcrops (French Alps): architecture description as input for quantification and 3D reservoir modeling ". In : "Deep-Water Reservoirs of the World", Weimer, P., Slatt, R.M., Coleman, J., Rosen, N.C., Nelson, H., Bouma, A.H., Styzen, M.J. & Lawrence, D.T. (eds), SEPM CD-ROM Sp. Publ., 28, p. 422-449.

22 HUGOT, A., JOSEPH, P., SAVOYE, B. et ZALESKI, S. (2001) : " Nouvelle modélisation des écoulements gravitaires sous-marins : application à l’effondrement de Nice de 1979 ". C.R. Acad. Sci. Paris, t. 333, Série II b, p. 133-139.

23 PINHEIRO-MOREIRA, J.L., NALPAS, T., JOSEPH, P. et GUILLOCHEAU, F. (2001) : " Stratigraphie sismique de la marge éocène du Nord du bassin de Santos (Brésil) : relations plate-forme


23

/ systèmes turbiditiques ; distorsion des séquences de dépôt ". C.R. Acad. Sci. Paris, t. 332, Série II b, p. 491-498.

24 VENNIN, E., VAN BUCHEM, F.S.P., JOSEPH, P., GAUMET F., SONNENFELD, M., REBELLE M., FAKHFAKH-BEN JEMIA, H. and ZIJLSTRA, H. (2003) – " A 3D Outcrop Analogue Model for Ypresian Nummulitic Carbonate Reservoirs : Jebel Ousselat, Northern Tunisia ". Petroleum Geoscience, Vol. 9, No. 2, p. 145-161.

25 BOURGEOIS, A., JOSEPH, P. & LECOMTE, J.C. (2004) : " Three-dimensional full wave seismic modelling versus one-dimensional convolution: the seismic appearance of the Grès d’Annot turbidite system ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 401-417.

26 BROUCKE, O., GUILLOCHEAU, F., ROBIN, C., JOSEPH, P. & CALASSOU S. (2004) : " The influence of syndepositional basin floor deformation on the geometry of turbiditic sandstones: a reinterpretation of the Côte de l’Âne area (Sanguinière-Restefonds sub-basin, Grès d’Annot, Late Eocene, France) ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 203-222.

27 DU FORNEL, E., JOSEPH, P., DESAUBLIAUX, G., ESCHARD, R., GUILLOCHEAU, F., LERAT, O., MULLER, C., RAVENNE, C. & SZTRAKOS, K. (2004) : " The southern Grès d’Annot Outcrops (French Alps): an attempt at regional correlation ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 137-160.

28 EUZEN, T., JOSEPH, P., DU FORNEL, E., LESUR, S., GRANJEON, D. & GUILLOCHEAU, F. (2004) : " Three-dimensional stratigraphic modelling of the Grès d’Annot system, Eocene-Oligocene, SE France ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 161-180.

29 GARCIA, D., JOSEPH, P., MARECHAL, B. & MOUTTE, J. (2004) : " Patterns of geochemical variability in relation to turbidite facies in the Grès d’Annot Formation ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 349-365.

30 GUILLOCHEAU, F., QUEMENER, J.M., ROBIN, C., JOSEPH, P. & BROUCKE, O. (2004) : " Genetic units / parasequences of the Annot turbidite system, SE France ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 181-202.

31 JOSEPH, P. & LOMAS, S.A. (2004) : " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Foreland Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems – an introduction ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 1-16.

32 LOMAS, S.A. & JOSEPH, P. (2004) : " Confined turbidite systems ". In : Lomas S.A. & Joseph P. (eds). " Confined Turbidite Systems ", Geological Society, London, Special Publications, 222, p. 1-7.

33 MORAES, M.A.S., BLASKOVSKI, P.R. & JOSEPH, P. (2004) : " The Grès d’Annot as an analog for Brazilian Cretaceous sandstone reservoirs: comparing convergent to passive-margin confined turbidites ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 419-437.

34 SMITH, R. & JOSEPH, P. (2004) : " Onlap stratal architectures in the Grès d’Annot: geometric models and controlling factors ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New Perspectives on the Grès d’Annot and Related Systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 389-399.

35 RABINEAU, M., BERNE, S., ASLANIAN, D., OLIVET, J.L., JOSEPH, P., GUILLOCHEAU, F., BOURILLET, J.F., LEDREZEN, E. & GRANJEON, D. (2004) : " Sedimentary sequences in the Gulf of Lion : a record of 100,000 years climatic cycles ". Marine and Petroleum Geology, in press.


24

PUBLICATIONS DANS D’AUTRES REVUES 36 MAILLART J., BEAUDOIN B., COJAN I., JOSEPH P. et PINOTEAU B. (1987). - Déformation

synsédimentaire ou compaction différentielle. Exemples dans le Sud-Est de la France. Notes et Mémoires CFP n°21, p. 249-257.

37 GRANJEON, D., JOSEPH, P. and DOLIGEZ, B. (1998): " Using a 3-D Stratigraphic Model To Optimize Reservoir Description ". Hart’s Petroleum Engineer International, November 1998, p. 51-58.

38 DOLIGEZ, B., ESCHARD, R., JOSEPH, P., BEUCHER H., et GEFFROY F. (1999): " Une méthodologie intégrée pour l’estimation des volumes en place dans les réservoirs et la quantification de leurs incertitudes ". Pétroles et Techniques, n° 422, Septembre-Octobre 1999, p. 50–54.

39 JOSEPH, P. (2002) : " De l’affleurement au modèle de réservoir : application aux gisements en eaux profondes ". L’Hydrocarbure n° 223, p. 9-13.

PUBLICATIONS DANS LES ACTES DE COLLOQUES OU CONFÉRENCES 40 JOSEPH, P., GOMES DE SOUZA, O., ESCHARD, R., GRANJEON, D., F., LERAT, O., and

RAVENNE, C. (1998). " Characterization of the 3-D Architecture of Deep-Water Reservoirs from Outcrop Analogues in the French Alps and Application to the Namorado Field (Offshore Brazil) ". Proceedings of the AAPG International Conference, 8-11 Nov. 1998, Rio (Brasil), CD-ROM, p. 416-417. Ce poster a été sélectionné comme “Best Poster” de l’AAPG Rio’98 et représenté à l’AAPG 1999 de Birmingham.

41 GRANJEON, D., JOSEPH, P., ASSIER-RZADKIEWICZ, S., BASSANT, P., BRIEUC, 0., HUGOT, A., and MOREIRA, J.L.P. (1999) : " Application of 3D fluvial and turbiditic sediment transport laws in stratigraphic modelling of siliciclastic and carbonate formations ".In : S.J. Lippard, A. Naess, and R. Sinding-Larsen (eds), Proceedings of the 5thAnnual Conference of the International Association of Mathematical Geology, vol. 2, p. 515-520, 6-11 August 1999, Trondheim (Norway).

42 HUGOT, A., ZALESKI, S. and JOSEPH, P. (1999) : " Simulation of gravity flows using a dynamic object approach ". In : S.J. Lippard, A. Naess, and R. Sinding-Larsen (eds), Proceedings of the 5th Annual Conference of the International Association of Mathematical Geology, vol. 2, p. 527-532, 6-11 August 1999, Trondheim (Norway).

43 BOURGEOIS, A., JOSEPH, P. and LAVIGNE A. (2000) : " 3D seismic modelling : an accurate and fast tool for reservoir characterization ". 70th SEG Ann. Int. Meeting, Galgary, 6-11 August 2000, Expanded Abstracts, p. 1587-1590.

44 PINHEIRO-MOREIRA, J.L., JOSEPH, P., NALPAS, T. and GRANJEON, D. (2000) : " The Eocene Santos Basin : Sequence Stratigraphy Interpretation and 3D Stratigraphic Modelling ". Proceedings of the 31st International Geological Congress, Rio de Janeiro, CD-ROM, 4 p.


25

COLLOQUES ET CONFÉRENCES

1. Organisateur

JOSEPH P. & LOMAS S.A.

Conférence de recherche internationale « Turbidite Sedimentation in Confined Basins : an Outcrop Perspective », organisée à Nice du 10 au 15 Septembre 2001, en collaboration avec l’Université d’Aberdeen. 2. Conférencier invité

JOSEPH, P. (1995) - " Process modelling and pattern formation ". IMA (Institute of Mathematics and its Applications) Conference on « Quantification and Modelling of Spatial Patterns in Permeable Rocks », 13-15 March 1995, Scarborough (UK).

JOSEPH, P., BABONNEAU, N., BOURGEOIS, A., COTTERET, G., ESCHARD, R., GARIN, B., GOMES DE SOUZA, O., GRANJEON, D., GUILLOCHEAU, F., LERAT, O., QUEMENER, J.M. and RAVENNE, C. (2000) : " The Annot Sandstone outcrops (French Alps): architecture description as input for quantification and 3D reservoir modeling ". GCSSEPM Foundation (Gulf Coast Section of the Society of Economic Paleontologists and Mineralogists) Bob F. Perkins 20th Annual Research Conference « Deep Water Reservoirs of the World », 3-6 December 2000, Houston, Texas (USA).

JOSEPH, P., MORAES, M.A.S., BOURGEOIS, A., ESCHARD, R., GOMES DE SOUZA, O., RAVENNE, C. and SEGUIN, J. (2001) - " Use of Outcrop Analogues in the Grès d’Annot (South East France) for the modelling of Deep-Water Fields ". Geological Society International Conference « Petroleum Geology of Deepwater Depositional Systems – Advances in Understanding 3D Sedimentary Architecture », British Geological Society, 20-22 March 2001, London (UK). 3. Chairman de session

• Poster session P55 « Intrabasinal Influence of Paleotopography on Deposition in Deep-Water Siliciclastic Settings » at the AAPG / SEPM Annual Convention, 11-14 May 2003, Salt Lake City, Utah (USA).

• Session orale et poster 5 « Modélisation stratigraphique » du 9ème Congrès de l’Association des Sédimentologistes Français (ASF), 14-16 Octobre 2003, Bordeaux.

• Session orale C2 « Sédimentologie, architecture et modélisation des dépôts profonds » de la 18ème Réunion des Sciences de la Terre (RST 2000), Paris, 17-20 Avril 2000 (membre du comité d’organisation).

4. Communications dans des congrès 1984

BEAUDOIN B., FRIES G., JOSEPH P. and PINAULT M. (1984). - Sedimentary dykes and sills, slumps and paleomorphology. 27th Int. Geol. Cong., Moscou, th. 4, vol. II, p. 17.

JOSEPH P. (1984). - La plate-forme ouverte et l'estran protégé, deux modèles d'environnements oolithisants pour les minerais de fer armoricains. 10ème Réun. Annu. Sci. Terre, Bordeaux, p. 310.

JOSEPH P. and BEAUDOIN B. (1984). - Sedimentary sequences, environments and structural control in the ordovician oolitic iron ores of the Armorican Massif, W. France. 27th Int. Geol. Congr., Moscou, th. 12, vol. IX-2, p. 213.

JOSEPH P., BEAUDOIN B. et CHAUVEL J.J. (1984). - Les minerais de fer oolithiques de l'Ordovicien armoricain : signification des séquences de différentes échelles. 5ème Congr. Eur. Sédimentologie, Marseille, p. 228-229. 1985

JOSEPH P., BEAUDOIN B., FRIES G. and DECONINCK J.F. (1985). - Megasequences and resediments in the subalpine basin, France (Malm-Cretaceous). 6th Eur. Regional Meeting of Sedimentology, I.A.S., Lleida, p. 209-212.


26

1986

ACCARIE H., BEAUDOIN B., CUSSEY R., JOSEPH P. and TRIBOULET S. (1986). - Sedimentary and structural dynamics of the Maiella at the Upper Cretaceous (Abruzzes, Italy). 7th Eur. Regional Meeting of Sedimentology, I.A.S., Krakow, Abstracts, p. 9.

JOSEPH P. et BEAUDOIN B. (1986) - Un modèle de cône sous-marin carbonaté dans le Berriasien vocontien. 11ème Réun. Sci. Terre, Clermont-Ferrand, Résumés, p. 99.

JOSEPH P., BEAUDOIN B., CABROL C. and FRIES G. (1986). - Tectonics or differential compaction ? The example of the Banon fault trough (Aptian-Albian, S.E. France). 12th Int. Sed. Congr., Int. Assoc. Sed., Camberra, Congr. Abstr., p. 158. 1987

BEAUDOIN B., COJAN I., FRIES G., JOSEPH P., MAILLART J., MERCIER O., PARIZE O., PINAULT M., PINOTEAU B. et TRUYOL V. (1987). Compaction - Decompaction. 1er Congrès Français de Sédimentologie, ASF, Paris, Résumés, p. 44-45. 1988

JOSEPH P., BEAUDOIN B., FRIES G. and PARIZE O. (1988). Tectonic control of Cretaceous gravity deposits and submarine valleys in the Subalpine basin, French Western Alps. AAPG Mediterranean Basins Conference, Nice, AAPG Bull., V. 72, N°8, p. 1008-1009. 1989

JOSEPH P., BEAUDOIN B., FRIES G. et PARIZE O. (1989). Tectonique distensive et vallées sous-marines du Crétacé Vocontien (S.E. France). 2ème Congrès Français de Sédimentologie, ASF, Paris, Résumés, p. 159-160.

JOSEPH P., CHENET P.Y. et TAUPIN B. (1989). Les modèles numériques d'évolution de bassin : un nouvel outil pour l'exploration pétrolière. 2ème Congrès Français de Sédimentologie, ASF, Paris, Résumés, p. 161-162. 1990

BURRUS J., DOLIGEZ B., JOSEPH P., UNGERER P. and WOLF S. (1990). The use of deterministic basin models in basin evaluation. Basin perspectives. Convention of the Canadian Society of Petroleum Geologists (CSPG), Calgary, 27-30 May 1990, Abstracts, p. 31. 1991

BUI-TRAN, V., PAJON, J.L., JOSEPH, P. and CHAUTRU, J.M. (1991): 3D Reservoir Visualization. 6th SPE Petroleum Computer Conference held in Dallas, 17 - 20 June 1991, SPE 22301, p. 129-138.

CRUMEYROLLE P., LESUEUR J.L., CLAUDE D. et JOSEPH P. (1991). Compartimentage faciologique et hiérarchie de séquences de dépôt dans un complexe deltaïque : exemple des grès de Roda, Éocène sud-pyrénéen, Espagne. 3ème Congrès Français de Sédimentologie, ASF, Brest, 18-20 nov. 1991, résumés, p. 95-96.

JOSEPH P., CLAUDE D., CRUMEYROLLE P. et LESUEUR J.L. (1991). Analyse des corps sédimentaires par visualisation et animation 3D : application au complexe deltaïque de Roda, Éocène sud-pyrénéen, Espagne. 3ème Congrès Français de Sédimentologie, ASF, Brest, 18-20 nov. 1991, résumés, p. 173-174. 1992

CRUMEYROLLE, P., LESUEUR, J.L., CLAUDE, D., and JOSEPH, P. (1992): " Sequence Stratigraphy of Low Stand Prograding Wedges: the Roda Deltaic Complex (South-Pyrenean Eocene Basin) ", presented at the International Symposium on Mesozoic and Cenozoic Sequence Stratigraphy of European Basins, Dijon (France), 18-20 May 1992, Abstracts p. 232-233.


27

DUBRULE O., BERNASCONI A., MENNIG J.J. and JOSEPH P. (1992). 3D heterogeneity distributions from outcrop data. 4th conference and technical exhibition of the European Association of Petroleum Geoscientists (EAPG), Paris, June 1-5 1992, Abstracts, Paper F-18, p. 66-67.

JOSEPH, P., DUBRULE, O., CLAUDE, D., CRUMEYROLLE, P., HU, L.Y., LESUEUR, J.L.and SOUDET, H.J. (1992): " The Roda Deltaic Complex (Spain) : From Sedimentology to Reservoir Stochastic Modelling ". 7th IFP Research Conference on Exploration Production, Scarborough (U.K.), 12-17 April 1992, Abstracts, 1 p.

JOSEPH, P. and Roda Team (1992). The Roda sandstone : building a 3D reference geological model for validating reservoir characterization techniques. 4th conference and technical exhibition of the European Association of Petroleum Geoscientists (EAPG), Paris, June 1-5 1992, Abstracts, Paper P-562, p. 162.

HU, L.Y., JOSEPH, P. and DUBRULE, O. (1992): " Random Genetic Simulation of the Internal Geometry of Deltaic Sand Bodies ". 67th SPE Annual Tech. Conf. and Exhibition held in Washington, DC, 4-7 October 1992, SPE 24714, p. 535-544.

RAVENNE C., GALLI A., DOLIGEZ B, ESCHARD R., JOSEPH P., VAN-BUCHEM F. and Heresim-Group (1992). Reservoir rocks within a sequence stratigraphic framework: quantifying pertinent parameters for modelling purposes. Symposium international de stratigraphie : Mésozoique et Cénozoique des bassins européens, Dijon, 18-20 mai 1992, résumés, p. 76. 1993

CRUMEYROLLE, P., LESUEUR, J.L., CLAUDE, D., and JOSEPH, P. (1993): Reservoir Stratigraphy and Modelling of a Low Stand Prograding Wedge: the Roda Deltaic Complex (South-Pyrenean Eocene Basin). Implications on North Sea Reservoir System. Forum of the Norwegian Petroleum Society " Sequence Stratigraphy: Advances and Applications for Exploration and Production in North West Europe ", Stavanger (Norway), 1-3 February 1993, Abstracts p. 53.

DESAUBLIAUX G., ESCHARD R., JOSEPH P. LEFORT J.J. et LEGORJUS C. (1993). Architecture d'une plaine deltaïque en contexte régressif : l'exemple du Mesa Verde (Campanien, Colorado). 4ème Congrès Français de Sédimentologie, Lille, 17-19 nov. 1993, résumés, Publication ASF n° 19, p. 123-124.

GRANJEON, D., JOSEPH, P., LAFONT, F. et GUILLOCHEAU, F. (1993). Utilisation du traitement du signal pour estimer la subsidence et l'eustatisme. Application au bassin de Jaca (Éocène sud-pyrénéen). 4ème Congrès Français de Sédimentologie, Lille, 17-19 nov. 1993, résumés, Publication ASF n° 19, p. 171-172.

JOSEPH P., CLAUDE D., CRUMEYROLLE P., DUBRULE O. and LESUEUR J.L. (1993). 3D quantitative modeling of reservoir anatomy from outcrop data: the Roda deltaic complex, Spain. International conference and exhibition of the American Association of Petroleum Geologists (AAPG), The Hague, Oct. 17-20 1993.

JOSEPH P., CLAUDE D., CRUMEYROLLE P. et LESUEUR J.L. (1993). Architecture et qualité réservoir du complexe deltaïque de Roda, Éocène sud-pyrénéen, Espagne. 4ème Congrès Français de Sédimentologie, Lille, 17-19 nov. 1993, résumés, Publication ASF n° 19, p. 187-188.

JOSEPH P., HU L.Y. et DUBRULE O. (1993). Simulation de sédimentation deltaïque via un modèle aléatoire-génétique 3D. 4ème Congrès Français de Sédimentologie, Lille, 17-19 nov. 1993, résumés, Publication ASF n° 19, p. 189-190.

JOSEPH P., HU L.Y., DUBRULE O., CRUMEYROLLE P., CLAUDE D. et LESUEUR J.L. (1993).The Roda deltaic complex (Spain): 3D geological modeling and stochastic simulation using sedimentological concepts. American Association of Petroleum Geologists / Sociedad Venezolana de Geologos AAPG / SVG international congress and exhibition, Caracas, March 14-17 1993, Abstracts, p. 53. 1994

ESCHARD R., DESAUBLIAUX G., JOSEPH P., HOMEWOOD P.W. and LEFORT J.J. (1994). Stacking pattern of coastal plain sediments and implications for the reservoir architecture of deltaic channels. Middle East Geosciences exhibition and conference GEO 94, Bahrain, 25-27 April 1994, Abstracts, p. XII.

GRANJEON, D., JOSEPH, P., LAFONT, F. and GUILLOCHEAU, F. (1994) - " Estimation of subsidence and eustasy and simulation of stacking patterns of genetic sequences ". Extended Abstracts of the 6th EAPG Conference and Technical Exhibition in Vienna (Austria), 6-10 June 1994, poster P515, 2 p.


28

JOSEPH P., CLAUDE D., CRUMEYROLLE P., DUBRULE O. and LESUEUR J.L. (1994). 3D sedimentological and reservoir modelling of the Eocene Roda deltaic complex (Spain). 6th conference and technical exhibition of the European Association of Petroleum Geoscientists (EAPG), Vienna, June 6-10 1994, Extended abstracts, Paper P542, 2 p.

LESUEUR J.L., CLAUDE D., DUBRULE O., SOUDET H., CRUMEYROLLE P. and JOSEPH P. (1993). High resolution sequence stratigraphy of the Roda fluvio-deltaic complex (Aragon, Spain): implications in reservoir partitioning. Application of sequence stratigraphy to oil field development. American Association of Petroleum Geologists (AAPG) Hedberg research conference, Paris, Sep. 5-8 1994, Abstracts, 3 p. 1995

GRANJEON, D., JOSEPH, P., GUILLOCHEAU, F. and NAVARRE, J.C. (1995) - 3D process modeling of fluvial and wave dominated shorelines for siliciclastic and carbonate sediments. AAPG International Conference & Exhibition, 10-13 September 1995, Nice, France, Abstracts p. 27A. AAPG Bull., v. 79, n° 8, p. 1217.

JOSEPH P., RABINEAU M., ESCHARD R. and BENARD F. (1995). Quantification from satellite imaging of the sedimentary body geometry and facies distribution in the Senegal valley. 17th Regional Meeting Sedimentology (IAS) / 5ème Congrès Français de Sédimentologie (ASF), Aix-les-Bains, 24-26 Avril 1995, Publication ASF n° 22, p. 83. 1996

DOLIGEZ, B., GRANJEON, D., JOSEPH, P., ESCHARD, R. and BEUCHER, H. (1996): " How can stratigraphic modeling help constrain geostatistical reservoir simulations ? ". International workshop on Numerical Experiments in Stratigraphy, the University of Kansas, 15-17 May 1996, Abstracts p. 79.

GRANJEON, D. and JOSEPH, P. (1996) - " Concepts and applications of a 3D multilithological diffusive model ". International workshop on Numerical Experiments in Stratigraphy, the University of Kansas, 15-17 May 1996, Abstracts p. 93-94.

GRANJEON, D., JOSEPH, P., GUILLOCHEAU, F. and ROBIN, C. (1996). Three-dimensional, carbonate and siliciclastic, forward modeling. GEO'96 - Manama, 15-17 April 1996. Geoarabia, Middle East petroleum geosciences, vol. 1, n° 1, p. 149.

GRANJEON, D., JOSEPH, P., GUILLOCHEAU, F. and ROBIN, C. (1996). Modélisation stratigraphique 3D : méthodologie et application sur le bassin de Paris (Crétacé inférieur). Réunion spécialisée Association des Sédimentologistes Français (ASF) / Société Géologique de France (SGF) « Quantification de la tectonique et de l'eustatisme à partir d'informations stratigraphiques et géomorphologiques », Rennes, 24-25 Octobre 1996, ASF Publication n° 25, p. 19.

JOSEPH, P., GRANJEON, D. and RABINEAU M. (1996) - " Estimation of stratigraphic modeling parameters from well logs and seismic data ". International workshop on Numerical Experiments in Stratigraphy, the University of Kansas, 15-17 May 1996, Abstracts p. 107.

JOSEPH, P., ESCHARD, R., DOLIGEZ, B. and GRANJEON, D. (1996) - " 3D stratigraphic modelling : a new way to constrain geostatistical reservoir simulations ". 58th EAGE Conference and Technical Exhibition, Amsterdam (The Netherlands), 3-7 June 1996, Paper L045, 2 p.

JOSEPH, P., GRANJEON, D., DOLIGEZ, B., ESCHARD, R. and RAVENNE, C. (1996). 3D stratigraphic modelling, methodology and case study in a rapidly subsiding basin. AAPG/ASPG Research Symposium « Oil and gas petroleum systems in rapidly subsiding basins », Baku, Azerbaijan, 6-9 October 1996, 1 p. 1997

JOSEPH, P., BEZ M., ESCHARD, R., RABINEAU, M., GRANJEON, D and NAVARRE, J.C. (1997). Application of a 3D multilithological stratigraphic model to the reservoir appraisal. American Association of Petroleum Geologists (AAPG) conference and exhibition, Vienna, Sep. 7-10 1997, Abstracts, p. A28.

JOSEPH, P., BEZ M., ESCHARD, R., RABINEAU, M., GRANJEON, D et NAVARRE, J.C. (1997). Modélisation stratigraphique 3D bilithologique d'un champ pétrolier du delta du Niger. 6ème Congrès Français de Sédimentologie, Montpellier, 17-19 nov. 1997, Publication ASF n° 27, p. 155-156.


29

RABINEAU, M., BERNE, S., GUILLOCHEAU, F. et JOSEPH, P. (1997). Architecture 3D des corps sédimentaires quaternaires sur la plateforme externe du Golfe du Lion. 6ème Congrès Français de Sédimentologie, Montpellier, 17-19 nov. 1997, livre des résumés n° 27, p. 225.

VENNIN, E., VAN-BUCHEM, F., JOSEPH P., LERAT, O. et al. (1997). Modèle de stratigraphie séquentielle haute résolution du système à nummulites de l'Yprésien du djebel Ousselat (Tunisie). 6ème Congrès Français de Sédimentologie, Montpellier, 17-19 nov. 1997 Publication ASF n° 27, p. 277. 1998

JOSEPH, P., GOMES DE SOUZA, O., ESCHARD, R., GRANJEON, D., F., LERAT, O., and RAVENNE, C. (1998). " 3D Architecture of Turbidite Reservoirs from Outcrop Analogues in the French Alps and Application to Brazilian Fields ". Proceedings of the EAGE/AAPG Third Research Symposium, Almeria (Spain), 4-9 October 1998. 1999

ANANT-RAKSAKUL, N., DOLIGEZ, B., JOSEPH, P., and FOURNIER, F. (1999). Automatic electrofacies determination with EasyTrace (IFP software). Symposium on Mineral, Energy and Water resources of Thailand: towards the year 2000 (MEW 2000), Bangkok, Oct. 28-29 1999, Abstracts, p. 579.

HUGOT, A., JOSEPH, P. et ZALESKI, S. (1999). Modélisation des écoulements gravitaires catastrophiques. 7ème Congrès Français de Sédimentologie (ASF), Nancy, 15-17 nov. 1999, résumés, 2 p.

JOSEPH, P., ESCHARD, R., GRANJEON, D., LERAT, O., and RAVENNE, C. (1999). The Annot Sandstone outcrops (French Alps) : Quantification of sedimentological organization and 3D reservoir modelling. AAPG International Conference, Birmingham (UK),

JOSEPH, P., BABONNEAU, N., COTTERET, G., ESCHARD, R., GARIN, B., GOMES DE SOUZA, O., GRANJEON, D., LERAT, O., QUEMENER, J.M. et RAVENNE, C. (1999). Architecture 3D de dépôts gravitaires dans les Grès d’Annot (Sud-Est, France) et application à la caractérisation de réservoirs pétroliers brésiliens. 7ème Congrès Français de Sédimentologie, Nancy, 15-17 nov. 1999, Publication ASF n° 33, p. 193–194.

LERAT, O., DOLIGEZ, B., CLEMENT, I., DESAUBLIAUX, G., ESCHARD, R., GRANJEON, D., JOSEPH, P. and LAFONT, F. (1999). Geostatistical modelling of eolian and fluvial reservoirs (Cutler FM., Permian, Utah). 61st conference and technical exhibition of the European Association of Geoscientists & Engineers (EAGE), Helsinki, 7-11 June 1999, Extended abstracts book, Paper P507.

RABINEAU, M., BERNE, S., GUILLOCHEAU, F., JOSEPH, P. et al. (1999).Architecture et mise en place des corps sédimentaires quaternaires sur la plateforme externe du Golfe du Lion : modélisation géométrique et stratigraphique. 7ème Congrès Français de Sédimentologie, Nancy, 15-17 nov. 1999, Publication ASF n° 33, p. 253-254. 2000

ANANT-RAKSAKUL, N., DOLIGEZ, B., JOSEPH, P., POUCLEE, P., POUZET, J. et al. (2000). A methodology to build a 3D geological model of reservoir from well data using seismic information. Energy for the new millenium, American Association of Petroleum Geologists (AAPG) international conference & exhibition, Bali, 15-18 October 2000, Abstracts A3, 1 p.

VENNIN, E., VAN BUCHEM, F., SONNENFELD, M., JOSEPH, P. and REBELLE M. (2000) – " High Resolution Sequence Stratigraphy of a Nummulitic Carbonate System, Ypresian, Jebel Ousselat, Central Tunisia ". Poster P-30, EAGE Conference on Geology and Petroleum Geology of the Mediterranean and Circum-Mediterranean Basins, Malta, 1-4 October 2000. 2001

EUZEN, T., JOSEPH, P., FORNEL, E. du, LESUR, S., ESCHARD, R. and GUILLOCHEAU, F. (2001). 3D stratigraphic reconstruction and modelling of the Annot Sandstone system, Eocene-Oligocene, South East France. 21st IAS Meeting of Sedimentology, Davos, 3-5 September 2001.

FORNEL, E. du, JOSEPH, P., DESAUBLIAUX, G., ESCHARD, R., GUILLOCHEAU, F., LERAT, O. & RAVENNE, C. (2001). The Southern Grès d'Annot Outcrops (French Alps): An Attempt at Regional


30

Correlation, Poster, Research Meeting & Field Excursion to the Grès d'Annot - Nice, France, 10-15 September 2001.

GRANJEON, D., CHURCH, K., SEIFFERT, L., JOHNSON, H., LAVAURE, C., EUZEN, T., ESCHARD, R., LE TURDU, C., HENRIQUEL, P. and JOSEPH, P. (2001). Application of 3D stratigraphic forward modelling on the Middle Jurassic Brent Group, North Sea. AAPG Annual Meeting, Denver, Colorado, 3-6 June 2001.

GRANJEON, D., JOSEPH, P., MOREIRA, J.P., VAN BUCHEM, F., CACAS, M.C., ESCHARD, R. and WENDEBOURG, J., (2001). 3D deterministic stratigraphic modelling of turbidites and carbonates. 21st meeting of the International Association of Sedimentologists (IAS), Davos, 3-5 September 2001, Abstracts, p. 46-47. 2002

ESCHARD, R. and JOSEPH, P. (2002). Comparison of reservoir architecture in a high transport efficiency basin floor fan (Pab Sandstone, Pakistan) and in a confined basin turbiditic system (Annot Sandstone, France) from outcrop models. Our heritage, key to global discovery. American Association of Petroleum Geologists (AAPG) annual meeting, Houston, 10-13 March 2002, Abstracts, 1 p.

GRANJEON, D., CACAS, M.C., ESCHARD, R. and JOSEPH, P. (2002). Stratigraphic modeling: a new tool to construct 3D geological models for basin modeling purposes. Our heritage, key to global discovery. American Association of Petroleum Geologists (AAPG) annual meeting, Houston, 10-13 March 2002, Abstracts, 1 p. 2003

FORNEL, E. du, JOSEPH, P., GUILLOCHEAU, F., EUZEN, T. & GRANJEON, D. (2003). Regional Outcrop Study and 3D stratigraphic modeling in a foreland basin setting: the example of the Grès d'Annot turbidite Formation (French Alps). Poster, AAPG Annual Meeting, Salt Lake City, Utah, 11-14 May 2003. Ce poster a obtenu le prix “2003 SEPM Excellence in Poster Presentation Award” lors de ce congrès.

FORNEL, E. du, JOSEPH, P., GUILLOCHEAU, F., EUZEN, T. & GRANJEON, D. (2003). Étude régionale de terrain et modélisation stratigraphique 3D dans un contexte d’avant pays : l’exemple de la formation turbiditique des Grès d’Annot. Poster, 9ème Congrès Français de Sédimentologie (ASF), Bordeaux, 14-16 Octobre 2003, Publication ASF n° 38, p. 175-176.

GUILLOCHEAU, F., QUEMENER, J.M., ROBIN, C., JOSEPH, P and BROUCKE, O. (2003). Genetic units / parasequences of the Annot turbiditic system, Southeast France. 9ème Congrès Français de Sédimentologie (ASF), Bordeaux, 14-16 Octobre 2003, p. 248.

JOSEPH, P., ESCHARD, R. and GAS, F. (2003) - Turbidite Pinchouts: Relative Influence of Palaeotopography, Timing of Deformation and Sedimentary Dynamics on the Geometry and Net-to-Gross Evolution. AAPG Annual Meeting, Salt Lake City, Utah, 11-14 May 2003, Abstracts A87.

JOSEPH, P., GUILLOCHEAU, F., FORNEL, E. du, EUZEN, T. & ROBIN, C. (2003). Les Grès d’Annot : des rampes turbiditiques confinées alimentées par des fans deltas. 9ème Congrès Français de Sédimentologie (ASF), Bordeaux, 14-16 Octobre 2003, p. 275-276.

RABINEAU, M., BERNE, S., OLIVET, J.L., ASLANIAN, D., JOSEPH, P. et GUILLOCHEAU, F. (2003). Les séquences sédimentaires sur la plate-forme externe du Golfe du Lion : enregistrement et simulation des séquences de 100 000 ans, détermination de l’ampleur des maxima de glaciations. 9ème Congrès Français de Sédimentologie (ASF), Bordeaux, 14-16 Octobre 2003, p. 420-421.


31

ORGANISATION D’EXCURSIONS GÉOLOGIQUES CLAUDE, D., LESUEUR, J.L., CRUMEYROLLE, P., and JOSEPH, P. (1991): " From outcrop data to 3D reservoir models ". Guide book of the EEC GEOSCIENCE field trip held in Roda on 11 October 1991, 36 p.

CRUMEYROLLE, P., LESUEUR, J.L., CLAUDE, D., et JOSEPH, P. (1992): " Architecture et faciès d'un prisme deltaïque de bas niveau marin : les Grès de Roda (Bassin Éocène Sud Pyrénéen) ". Livret-guide de l'excursion ASF (Association des Sédimentologistes Français) du 25-27 Septembre 1992, Publication ASF n° 17 , 76 p.

RAVENNE C., JOSEPH P. et GOMES DE SOUZA O. (1995) : " Les Grès d'Annot : Géométrie de dépôt à l'échelle sismique et architecture réservoir d'un système turbiditique éocène dans les Alpes de Haute Provence" . Livret-guide de l'excursion AFTP (Association Française des Techniciens du Pétrole), Section Exploration - Gisements, du 6-8 septembre 1995.

RAVENNE C., JOSEPH P. et GOMES DE SOUZA O. (1995) : " Classic Annot Sandstones : Seismic scale exposures of Eocene basinal turbidites in the French external Alps" . Guide book of the Field Trip 1 of the AAPG International Conference and Exhibition in Nice on 10-13 September 1995.

JOSEPH P. and RAVENNE C. (1998) : " 3D turbiditic reservoir models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) ". Guide Book of the IFP TURBIDITES consortium field trip, Tuesday 29th September through Thursday 1st October 1998. Rapport IFP 45017, October 1998.

JOSEPH P. and MASSONNAT G. (1999) : " From reservoir heterogeneities to fluid flow. Production geology course in the Isabena valley (Spanish Pyrenees) ". Guide book for the RCM field trip of 24-29 May 1999. Rapport IFP 45779, Septembre 1999.

JOSEPH P. et Groupe Géologie de Réservoir (1999) : " Modèles de réservoirs turbiditiques 3D dans les affleurements de Grès d’Annot (Alpes Méridionales Françaises) ". Livret-guide de l’excursion organisée pour ELF Aquitaine du Mardi 5 Octobre au Jeudi 7 Octobre 1999.

JOSEPH P., EUZEN T. and SEGUIN J. (2000) : " 3D turbiditic reservoir models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) ". Guide Book of the IFP TURBIDITES consortium field trip, Friday 29th September, through Thursday 5st October 2000. Rapport IFP 55727, December 2000.

JOSEPH P., LOMAS S., BROUCKE O., CLARK J., GARDINER A., GUILLOCHEAU G., McCAFFREY B., RAVENNE C., ROBIN C. and STANBROOK S. (2001) : " Turbidite Sedimentation in Confined Systems – Research Meeting & Field Excursion to the Grès d’Annot ". Guide Book of the Field Excursion to the Grès d’Annot, Wednesday 12th September, through Saturday 15th September 2001, Nice International Research Meeting, September 2001.

CONTRATS INDUSTRIELS ET RAPPORTS

1. GIS GENEBASS « Genèse des Bassins Sédimentaires »

JOSEPH P. (1983). - Position des slumpings dans l'évolution sédimentaire du Malm-Crétacé subalpin. Rapport ENSMP (École des Mines de Paris), 11 p.

2. Contrat de recherche SNEA(P) – Étude du Massif de la Maiella (Italie)

JOSEPH P. et ACCARIE H. (1984). - Étude sédimentologique du Massif de la Maiella (Abruzzes, Italie). Premiers résultats. Rapport de phase ENSMP (École des Mines de Paris), contrat SNEA(P) n° 5311, 62 p.

ACCARIE H., BEAUDOIN B., CUSSEY R., JOSEPH P., TRIBOULET S. et SAMILO J.P. (1985). - Paléomorphologie et paléotectonique du passage plate-forme / bassin dans le Massif de la Maiella (Abruzzes, Italie). Rapport final ENSMP (École des Mines de Paris), contrat SNEA(P) n° 5311, 63 p.

3. Contrat de recherche CFP – Étude du fossé de Banon (Alpes méridionales)

JOSEPH P. et CABROL C. (1986). - La structuration du fossé de Banon : carte isohypse du toit des calcaires barrémo-bédouliens, tectonique synsédimentaire à l'Apto-Albien. Rapport final ENSMP (École des Mines de Paris), contrat CFP/DE n° 588, 30 p.


32

4. Contrat de sous-traitance de l’IFP au BEICIP – Développement d’un modèle géochimique

JOSEPH P. et UNGERER P. (1990) - Mise au point du logiciel GENEX : améliorations informatiques et numériques du module KINES 3 (crackage-expulsion). Rapport IFP 38563.

5. Projet de recherche ARTEP et CEE JOULE I – Géométrie interne des corps réservoirs

JOSEPH, P. et HU, L.Y. (1991): " Modélisation géométrique et visualisation 3D du corps X de Roda et premiers essais de simulation géostatistique ", rapport d'avancement ARTEP de mars 1991. Rapport IFP 39352.

JOSEPH, P. et DUBRULE, O. (1991): " Méthodologie de modélisation en deux phases appliquée au corps gréseux X de Roda ", rapport d'avancement ARTEP de septembre 1991. Rapport IFP 39353.

HU, L.Y. et JOSEPH, P. (1992): " Simulation de sédimentation deltaïque via un modèle aléatoire-génétique : méthodologie générale et application au corps X de Roda ". Rapport IFP 39858.

JOSEPH, P. et HU, L.Y. (1992): " Simulation de sédimentation deltaïque via un modèle aléatoire-génétique. Application au corps X de Roda ", rapport d'avancement ARTEP de juin 1992. Rapport IFP 39885.

JOSEPH P. (1995) : " Projet Étude des Affleurements : Modélisation 3D des Grès de Roda ". Rapport IFP 41831 (2 vol., texte, figures et planches), janvier 1995.

HU, L.Y. et JOSEPH, P. (1995): " Simulation de sédimentation deltaïque via un modèle aléatoire-génétique : quelques compléments méthodologiques et application au corps Y de Roda ". Rapport IFP 41870, avril 1995.

6. Projet de recherche ARTEP – Quantification de la géométrie des corps réservoirs

DESAUBLIAUX G., JOSEPH P., ESCHARD R., LEFORT J.J., LEGORJUS C. et DIDIER B. (1994): " Géométrie et architecture de réservoirs en plaine côtière : les systèmes chenalisés du Menefee, Colorado " Rapport IFP 41445, avril 1994.

7. Projet de recherche CEE JOULE II – Modélisation stratigraphique déterministe DIONISOS

JOSEPH P. and GRANJEON D. (1994) : " Stratigraphic deterministic modelling of sedimentary units in fluvial and shallow marine environments ", technical report of the CEC JOULE II Reservoir Engineering Project. Rapport IFP 41522, septembre 1994.

JOSEPH P. et CHRAIBI H. (1996) : " Dossier des spécifications du logiciel DIONISOS (DIffusion Oriented Normal and Inverse Simulation Of Sedimentation ". Rapport IFP 43341, décembre 1996.

GRANJEON D., JOSEPH P. and DOLIGEZ B. (1997) : " Deterministic modelling of sedimentary units in the shallow marine and fluvial environment (JOULE II Reservoir Engineering Project) ". Rapport IFP 43473, janvier 1997.

8. Projet de recherche commun TOTAL / IFP – Modélisation du champ de Péciko (Indonésie)

CASSAIGNEAU C., DOLIGEZ B., WENDEBOURG J., RUDKIEWICZ J.L. et JOSEPH P. (1997) : " Peciko : intégration du bassin au réservoir ". Rapport IFP 43531, février 1997.

9. Projet de recherche ARTEP – Quantification des corps réservoirs carbonatés

VAN BUCHEM F., BENNIS C., LEGRAND X., JOSEPH P. et RAINAUD J.F. (1995) : " Modélisation surfacique d'un système carbonaté de type récifal (W. Alberta, Canada) ". Rapport IFP 42152, mai 1995.

CHAOUCHE M. et JOSEPH P. (1997) : " Bibliothèque quantitative pour la géométrie des corps réservoirs carbonatés ". Rapport IFP 43441 (2 vol.), janvier 1997.

FRIEDENBERG R., JOSEPH P. et SZAMBELANCZYK J (1997) : " Bibliothèque quantitative pour la géométrie des corps réservoirs carbonatés - Structure de la base de données Carbonates, avril 1997 (projet 'Quantification des corps réservoirs carbonatés') ". Rapport IFP 44412, novembre 1997.

FRIEDENBERG R., JOSEPH P., SZAMBELANCZYK J. et VAN BUCHEM F. (1998) : " Bibliothèque quantitative pour la géométrie des corps réservoirs carbonatés - Structure finale (fin 1997) de la base de données Carbonates ". Rapport IFP 44381, février 1998.


33

VAN BUCHEM F., VENNIN E., JOSEPH P., GAUMET F., SONNENFELD M., REBELLE M., FAKHFAKH-BEN JEMIA H., ZIJLSTRA H. (2002) : " 3-D outcrop analogue model for Ypresian nummulitic carbonate reservoirs: Jebel Ousselat, Tunisia ". Rapport IFP 56963, septembre 2002.

10. Contrat de recherche ELF – Modélisation stratigraphique du delta du Brent

GRANJEON D., ESCHARD R. and JOSEPH P. (1997) : " 2D stratigraphic simulation of a Brent group section using the DIONISOS software ". Rapport IFP 43547, février 1997.

11. Contrat de recherche ELF – Modélisation stratigraphique d’un champ du delta du Niger

RABINEAU M., JOSEPH P., GRANJEON D. et ESCHARD R. (1997) : " Simulation stratigraphique 3D bilithologique d'un champ du delta du NIGER à l'aide du logiciel DIONISOS ". Rapport IFP 43678, avril 1997.

12. Contrat de recherche TOTAL – Modélisation stratigraphique de la formation Carina (Argentine)

GRANJEON D., JOSEPH P. and BRAUN R. (1998) : " 3D stratigraphic simulation of the Springhill Formation, Carina Sandstones, Argentina ". Rapport IFP 45061, novembre 1998.

13. Projet de recherche commun TOTAL / IFP – Modélisation réservoir intégrée du champ de Bongkot (Thaïlande)

JOSEPH P., DOLIGEZ B., ANANT-RAKSAKUL N., CAPLAN M. and TURPIN P. (1999) : " IFP/TOTAL Project : Integrated Reservoir Modelling in the Bongkot Field (Thailand) ". Rapport IFP 45296 (2 vol.), février 1999.

14. Consortium de recherche TURBIDITES (partenaires BP-AMOCO, ELF, ENTERPRISE OIL, PETROBRAS, STATOIL)

JOSEPH P., GARIN B., GRANJEON D. and DOLIGEZ B. (1998) : " IFP TURBIDITES Consortium - 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) - Site 1 : ANNOT ". Rapport IFP 45150, décembre 1998.

JOSEPH P., GRANJEON D., LERAT O. and ESCHARD R. (1998) : " IFP TURBIDITES Consortium - 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) - Site 2 : TÊTE DE GORGIAS ". Rapport IFP 45151, décembre 1998.

JOSEPH P., BABONNEAU N., GRANJEON D., ESCHARD R., QUEMENER J.M. and RAVENNE C. (1998) : " IFP TURBIDITES Consortium - 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) - Site 3 : CIME DIEU DE DELFY ". Rapport IFP 45152, décembre 1998.

JOSEPH P., FOURNIER F., HUGOT A., QUEMENER J.M., RAVENNE C., LANGLAIS V. and THERIAULT P. (1999) : " IFP TURBIDITES Consortium - 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) - Site 4 : CIME DE LA BLANCHE ". Rapport IFP 45517, mai 1999.

JOSEPH P., COTTERET G., ESCHARD R., GRANJEON D. and PINHEIRO-MOREIRA J. (1999) : " IFP TURBIDITES Consortium - 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) - Site 5 : CHALUFY ". Rapport IFP 45518, mai 1999.

JOSEPH P., GUILLOCHEAU F., LERAT O., QUEMENER J.M. (1999) : " IFP TURBIDITES Consortium - 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) - Site 6 : COL DE LA MOUTIERE ". Rapport IFP 45609, juin 1999.

MORAES M.A.S. and JOSEPH P. (1999) : " Projeto Annot - Cooperação PETROBRAS / IFP para o estudo de afloramentos análogos de turbiditos ricos em areia. Relatório Final PETROBRAS, CENPES/DIGER/SEGRES, 50 p.

JOSEPH P. and SEGUIN J. (2000) : " IFP TURBIDITES Consortium - 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) – Well test modelling of the CIME DIEU DE DELFY site ". Rapport IFP 55716, décembre 2000.

JOSEPH P., EUZEN T., LERAT O., RAVENNE C., DU FORNEL E., GUIVARC’H B., MARLOT V. and TEMPLE F. (2000) : " IFP TURBIDITES Consortium - 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot


34

Sandstone outcrops (Southern Alps, France) - Site 7 : GRAND COYER ". Rapport IFP 55796, décembre 2000.

DU FORNEL E., JOSEPH P., GUILLOCHEAU F. & EUZEN T (2003) : " Reconstitution sédimentologique tridimensionnelle et simulation stratigraphique du système turbiditique Éocène – Oligocène des Grès d'Annot ". Rapport IFP 57557, juillet 2003.

15. Projet de recherche PETROBRAS / IFP - Thin Turbiditic Reservoirs

GAUMET F., JOSEPH P. and ESCHARD R. (2003) : " Thin Turbidite Reservoirs : Reservoir Characterization and Uncertainty Estimation ". Rapport IFP 57800, décembre 2003.

BREVETS D’INVENTION JOSEPH P. et GRANJEON D. (1996) : " Méthode pour simuler le remplissage d’un bassin sédimentaire ". N° Brevet : 96/01461, Réf. IFP 42810, janvier 1996.

JOSEPH P. and GRANJEON D. (1997) : " Method for simulating the filling of a sedimentary basin ". UK Patent Application 97 01296.7, GB 2 309 562 A, 30.07.1997.

BROCHURES DE VULGARISATION JOSEPH P. et JOSEPH D. (1983). - Spécial géologie : le minerai de fer de Soumont. SMS (Société des Mines de Soumont) Information, n°44, 8 p.

JOSEPH P. et JOSEPH D. (1985). - Les ammonites. CDDP (Centre Départemental de Documentation Pédagogique) de Seine-et-Marne – ENSMP (École des Mines de Paris), 32 p.

Document de synthèse – Introduction

35

Document de synthèse

INTRODUCTION Dès l’origine, la sédimentologie, sciences de l’observation des processus et roches sédimentaires, s’est basée sur l’analyse de la distribution spatiale des faciès pour reconstituer les paysages passés. Mais cette analyse est restée longtemps qualitative, elle était généralement menée à grande échelle, par corrélation de coupes distantes de plusieurs kilomètres ou dizaines de kilomètres, et faute d’outils de modélisation spatiale en 3D, les représentations étaient essentiellement 2D, par coupes de corrélation et cartes, qui restent l’outil naturel de synthèse du géologue. Souvent l’évolution en temps n’était pas intégrée dans cette analyse, ce qui induisait une reconstitution quelque peu figée des anciens paysages, ceux-ci migrant simplement latéralement (loi de Walther, 1894).

Au cours des dernières décennies, le développement de la recherche pétrolière et de l’exploitation des gisements, et l’apparition des outils informatiques, a conduit la sédimentologie à passer de cette description essentiellement naturaliste à une approche quantitative : l’évolution spatio-temporelle des séries sédimentaires a pu être reconstituée, notamment au moyen de modèles numériques construits dans un but prédictif. Cette approche quantitative s’est appuyée sur de nouveaux concepts très fructueux, élaborés à partir des années 1970 - 1980 (modèles de faciès de Walker, 1984 ; stratigraphie sismique et séquentielle de Vail et al., 1977) : ces nouveaux concepts étudiaient le couplage entre différents phénomènes physiques affectant les bassins (subsidence tectonique, variations du niveau de la mer, production et transport sédimentaire), afin d’analyser leur impact sur l’enregistrement sédimentaire. Le temps en devenait un paramètre fondamental (diagramme chrono-stratigraphique de Wheeler, 1958).

1. Enjeux et état des connaissances au début des années 1990 Au début des années 1990, la sédimentologie a donc été confrontée à deux enjeux majeurs : le premier, de caractère plus fondamental, a correspondu au développement des essais de compréhension du fonctionnement des systèmes sédimentaires par la simulation numérique. Celle-ci, déjà bien avancée pour la géologie structurale, était dans l’enfance pour la sédimentologie : les premiers modèles étaient 2D et simplement géométriques, basés sur les concepts de la stratigraphie séquentielle développés par Vail et Posamentier (Jervey, 1988 ; modèle Shell de Lawrence et al. 1990 ; SEDPACK de Kendall et al., 1991 ; PHIL de Bowman & Vail, 1992) ou de la stratigraphie génétique (Cross, 1989). Seul le modèle SEDSIM (Tetzlaff & Harbaugh, 1989) proposait une simulation 3D des écoulements, mais sur de courtes échelles de temps et d’espace pour des raisons de coût numérique. A l’échelle des temps géologiques, le développement d’une modélisation 3D s’avérait alors indispensable pour la reconstruction des architectures sédimentaires, mais également pour le couplage avec les déformations tectoniques (premiers essais par Beaumont et al., 1992). Le second enjeu, plus directement appliqué, correspondait au développement de la simulation numérique des écoulements des fluides dans les réservoirs pétroliers, en vue de prédire et d’améliorer la récupération des hydrocarbures contenus. Il s’agissait alors d’introduire de façon quantitative la géologie et plus particulièrement la sédimentologie et la stratigraphie dans les modèles 3D de réservoir, afin de fournir une image discrétisée de la géologie du réservoir et de pouvoir y effectuer des simulations d’écoulements (Ravenne, 2002). Une quantification des concepts sédimentologiques et de la distribution 3D des corps et faciès sédimentaires s’avérait donc indispensable, pour fournir des jeux de paramètres à ces nouveaux modèles.


36

2. Problèmes posés par la modélisation sédimentologique

En préambule, il est souhaitable de préciser ce que l’on entend par modélisation, ce terme faisant l’objet de multiples interprétations. Un « modèle » est une représentation simplifiée de la réalité, obtenue à partir d’un ensemble d’hypothèses simplificatrices (Koltermann & Gorelick, 1996). Ce terme général de modèle est utilisé dans plusieurs sens : - le modèle sédimentologique conceptuel (parfois appelé schéma géologique) est un schéma

interprétatif de l’organisation et de l’histoire des dépôts sédimentaires étudiés ; il n’est pas quantitatif. Ce modèle sédimentologique conceptuel s’appuie généralement sur un modèle de faciès (Walker, 1984), qui correspond à la description des motifs et des structures sédimentaires primaires, créés dans un environnement particulier à partir de processus de dépôt spécifiques.

- le modèle mathématique est un ensemble d’équations contraintes par des conditions initiales et des conditions aux limites appropriées, qui permet de résoudre un problème posé.

- le modèle numérique (encore appelé simulation numérique) est la transcription de ce modèle mathématique sous une forme adaptée à la résolution sur ordinateur : le modèle numérique peut être déterministe, si la résolution fournit la même valeur pour un jeu donné de conditions initiales et de conditions limites ; il est stochastique s’il peut fournir plusieurs réalisations équiprobables pour un même jeu de données initiales. Si ce modèle stochastique est basé sur les mesures des caractéristiques spatiales des sédiments et de leurs propriétés, et sur le degré de dépendance des valeurs en fonction de la distance, on le qualifie de géostatistique.

- la modélisation numérique aboutit à un modèle quantitatif 3D, généralement représenté par un maillage tridimensionnel de l’espace, dans lequel un paramètre qualitatif (faciès par exemple) ou quantitatif (porosité, perméabilité…) est associé à chaque maille.

Au début des années 1990, deux problèmes majeurs, non indépendants, se posaient alors en modélisation numérique sédimentologique :

1) Quel degré de détail (quelles échelles d’hétérogénéités ?) voulait-on obtenir en fonction du cas traité ? Cette question a très vite renvoyé à notre compréhension de la durée des événements sédimentaires, de leur intensité et fréquence, et de leur capacité de préservation.

2) Quel type d’approche devait-on utilisée ? (géo)statistique en se basant sur des lois de

distribution spatiale des faciès, ou bien déterministe en simulant les processus physiques de sédimentation à l’origine de ces faciès, mais alors quelles échelles de temps et d’espace fallait-il simuler ?

3. Stratégie utilisée En 1990, j’ai eu la chance d’intégrer l’équipe du projet Géologie de Production de l’IFP, animée par Christian Ravenne, qui s’attelait à ces problèmes. La stratégie que j’ai contribué à développer au sein de ce groupe, a été élaborée en collaboration avec des équipes universitaires (Géosciences Rennes : F. Guillocheau, T. Nalpas ; Paris 6 : C. Robin, S. Zaleski), d’autres centres de recherche -Ecole des Mines de Paris : A. Galli, L.Y. Hu ; Ecole des Mines de Saint Etienne : D. Garcia : IFREMER : S. Berné, B. Savoye) et des partenaires industriels (ELF, TOTAL, PETROBRAS, BP-AMOCO, SHELL-ENTREPRISE OIL, STATOIL, NORSK HYDRO). Elle s’est appuyée sur un faisceau de techniques complémentaires, qui seront présentées en détail dans les quatre chapitres du document de synthèse (le rappel historique, la bibliographie utilisée et les étudiants ayant participé aux études seront cités dans chaque chapitre) :


37

• Les études de terrain sur des affleurements très bien exposés en 3D ont permis une meilleure compréhension des relations faciès - processus sédimentaires (notamment en environnement marin peu profond et en environnement turbiditique), une caractérisation plus fine de la géométrie et de l’architecture interne des corps réservoirs, et une quantification de ces données en termes de géométrie et de fréquence. Elles ont permis en outre de valider les nouveaux concepts de la stratigraphie séquentielle utilisés en caractérisation de réservoir, et notamment leurs implications 3D, et de tester les nouvelles approches de modélisation dérivées de ces concepts.

• Des bases de données quantitatives, remises dans un cadre géologique strict (stratigraphique et

séquentiel, tectonique, climatique…) ont été compilées sur les corps réservoirs constitutifs des différents environnements de dépôt, afin de caractériser la plage de variation de leurs paramètres morphologiques en fonction du contexte géologique, et de fournir ainsi des distributions réalistes pour modéliser les réservoirs en subsurface.

• Différentes méthodes de modélisation adaptées au problème posé, et notamment aux échelles de

temps et d’espace traitées, ont été développées et appliquées sur affleurements et en subsurface. La simulation stratigraphique déterministe des processus d’érosion, transport et dépôt, a été utilisée pour les grandes échelles de temps et d’espace (échelle « bassin ») pour lesquelles les paramètres externes au bassin (allocycliques), tels que la subsidence, l’eustatisme et le climat, contrôlent la distribution des corps sédimentaires. Elle permet d’aboutir aux géométries d’ensemble des séries sédimentaires, et à un faciès « moyen ». Cette approche a d’abord été développée pour le transport sous influence fluviale, en domaine continental et marin peu profond (delta, littoral), puis pour le transport gravitaire turbulent en environnement profond.

• La modélisation stochastique de la distribution des corps sédimentaires (méthodes

géostatistiques dites « objet »), et des faciès et paramètres pétrophysiques tels que la porosité et la perméabilité (méthodes dites « pixel »), a été utilisée pour simuler les hétérogénéités de petite échelle et les géométries de détail, correspondant généralement à des phénomènes à plus courtes échelles de temps et d’espace, internes au système (autocycliques) et non prédictibles de façon déterministe. Des méthodes mixtes aléatoires-génétiques ont été développées, en se basant sur des principes simplifiés d’érosion – sédimentation, mais en utilisant également des paramètres stochastiques afin de simuler la variabilité naturelle des phénomènes sédimentaires et de faciliter le calage aux données réelles (coupes ou puits).

Document de synthèse - Chapitre 1 : Caractérisation de l’architecture stratigraphique

39

CHAPITRE 1 : CARACTÉRISATION DE L’ARCHITECTURE STRATIGRAPHIQUE Ce chapitre présente la méthodologie de caractérisation des architectures stratigraphiques tridimensionnelles qui a d’abord été développée à partir d’études d’affleurements, puis appliquée aux cas de subsurface. Ces méthodes s’appuient sur le cadre chronostratigraphique fourni par la stratigraphie séquentielle, mais intègrent également des données pétrophysiques, afin de caractériser l’hétérogénéité interne des corps réservoirs. Le chapitre est illustré par les publications issues des études menées dans le cadre des projets franco-européens ARTEP-FSH / CEE JOULE 1 (Crumeyrolle et al., 1992 ; Joseph et al., 1993 ; Joseph, 1995) et du consortium de recherche « Turbidites » (Joseph et al., 2000 ; Joseph & Lomas, 2004 ; du Fornel et al., 2004). Ces deux cas très différents illustrent l’apport de la caractérisation architecturale 3D à la compréhension du fonctionnement et de l’évolution temporelle des séries sédimentaires. Bien que les techniques de caractérisation et de modélisation des faciès et corps sédimentaires soient très proches à l’affleurement et en subsurface, ces deux domaines posent toutefois des problèmes particuliers. 1. Problèmes spécifiques posés respectivement par les études d’affleurement et de subsurface Contrairement à la perception intuitive d’un accès direct à la géométrie 3D, l’observation d’affleurements de terrain ne fournit en fait que l’intersection des corps sédimentaires avec une surface 2D complexe, la topographie actuelle du sol. Par conséquent, toute analyse d’affleurements repose (souvent de façon implicite) sur une interpolation (de part et d’autre d’une vallée, par exemple), ou une extrapolation (dans les zones érodées, par exemple) d’informations ponctuelles : la reconstitution 3D de la géométrie des corps sédimentaires nécessite donc le recours à des concepts sédimentologiques (évolution de la géométrie de corps analogues) ou stratigraphiques (continuité de certaines surfaces-clés) et l’utilisation de techniques d’interpolation, manuelles ou numériques. En subsurface, le nombre de données « dures » (c.a.d. faisant l’objet d’une observation directe) est plus limité, car il s’agit des puits, généralement en nombre restreint. Contrairement à l’affleurement, il n’y a pas de continuité visuelle entre les levés sédimentologiques, mais la sismique 2D ou 3D peut être utilisée, avec une certaine incertitude, pour corréler les surfaces-clés. Toutefois, les limites de résolution horizontale et verticale interdisent souvent d’appréhender la géométrie des réservoirs individuels. L’étude sédimentologique est nécessaire pour identifier la nature de ces réservoirs et prédire le type d’hétérogénéités internes susceptibles d’affecter la récupération des hydrocarbures. Dans les deux cas cependant, il est clair qu’il est indispensable de replacer les observations (ponctuelles) dans un cadre stratigraphique bien contraint, afin de mettre en regard des objets temporellement équivalents. En outre, les niveaux imperméables contrôlant les écoulements dans le réservoir suivent souvent des lignes-temps (périodes de non-dépôt avec cimentation carbonatée, ou au contraire à sédimentation argileuse dominante). Que ce soit à l’affleurement ou en subsurface, la sédimentologie et la stratigraphie séquentielle haute résolution s’avèrent donc des outils d’analyse incontournables pour la reconstitution et la modélisation de l’architecture des réservoirs. 2. Méthodologie La méthodologie de caractérisation de l'architecture stratigraphique a été progressivement définie et standardisée. Ses différentes étapes de mise en œuvre sont résumées en Figure 1 et seront illustrées par l’exemple des études menées sur les Grès de Roda, dans les Pyrénées Espagnoles, en collaboration avec les compagnies ELF et TOTAL (Crumeyrolle et al., 1992 ; Joseph et al., 1993) et des études sur les Grès d’Annot (Joseph et al., 2000), dans le cadre du consortium « Turbidites ».


40

Figure 1 : Méthodologie de caractérisation des réservoirs à l’affleurement et en subsurface.

• Levé de coupes sédimentologiques détaillées Généralement effectué à l’échelle du 1/50 ou du 1/100 sur le terrain ou sur carottes (Figure 2), ce levé sédimentologique, pour être réutilisable et quantifié, doit se baser sur un certain nombre de normalisations, notamment concernant les figurés utilisés et la granulométrie (pour celle-ci, il est en particulier indispensable de préciser si la valeur indiquée est la moyenne ou la taille maximale des éléments). En parallèle avec la description des faciès en termes de lithologie, granulométrie, texture et structures sédimentaires (Walker, 1984), les pendages structuraux et sédimentaires doivent faire l’objet de mesures systématiques : ils aideront à construire les surfaces, et à estimer l’orientation des corps sédimentaires (Figure 2). Afin de comparer les observations de terrain avec des données pétrolières, des mesures pétrophysiques du type radioactivité naturelle (« gamma-ray » portable), densité, porosité et perméabilité, compositions géochimiques… doivent faire l’objet d’un échantillonnage régulier. Bien évidemment, la faune doit également être systématiquement recherchée, pour fournir des contraintes biostratigraphiques.

Figure 2 : Coupe sédimentologique et log composite d’un puits des Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles).

Données ELF, in Joseph (1995). Le log densité, calibré sur les mesures sur carottes, et le log résistivité (R.I.) permettent d’identifier les niveaux de

cimentation carbonatée (hachures). Les « gamma-rays » spectraux (Potassium, Thorium) différencient grès felspathiques et marnes argileuses. La pendagemétrie (dipmeter) est utilisée pour identifier les séquences progradantes.


41

• Interprétation de panneaux photos ou de profils sismiques Les panneaux photos pris en haute résolution tout au long des affleurements doivent être positionnés précisément (levés topographiques, points GPS) et calés avec les coupes sédimentologiques. Ils sont ensuite interprétés en plusieurs étapes, d’abord un tracé (« line drawing ») des surfaces majeures, aisément identifiables et correspondant à des surfaces importantes sur les coupes, puis à l’intérieur de ce cadre un tracé des limites des corps sédimentaires, et enfin un dessin des structures internes (Figure 3). En subsurface, c’est le pointé des profils sismiques qui permet d’identifier et de tracer les surfaces majeures.

Figure 3 : Panneau photographique interprété des affleurements des Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles), in

Joseph (1995). Les limites des unités principales sont en noir pour le corps gréseux X et en rouge pour le corps gréseux Y ; les surfaces

internes du corps X sont en bleu (limites de barres deltaïques progradantes).

• Corrélation par stratigraphie séquentielle haute résolution La démarche utilisée est la même à l’affleurement et en subsurface. Elle repose sur la méthode de la stratigraphie génétique (Cross, 1988), et notamment sur la reconnaissance du motif d’empilement des unités génétiques (« stacking pattern »), présentée en détail par Guillocheau (1991) et Homewood et al. (1992) et simplement résumée ici :

- L’étude des faciès permet de remonter aux processus sédimentaires, et donc aux environnements de dépôt, chacun d’eux étant caractérisé par une association de faciès spécifique. Un modèle sédimentologique conceptuel est alors construit par le biais d’un paysage qui intègre ces différents environnements de dépôt et leurs passages latéraux de faciès (d’une embouchure fluviale à un baie, par exemple). Le modèle sédimentologique est ainsi schématisé par un diagramme de substitution de faciès, qui positionne chaque association de faciès (et ses passages latéraux) sur un profil de dépôt théorique amont - aval.

- Le long de chaque coupe sédimentologique verticale, la reconnaissance des faciès permet d’identifier des périodes d’avancée du profil de dépôt (progradation) ou de recul (rétrogradation) : elle conduit donc à reconnaître des séquences génétiques (ou paraséquences au sens de Van Wagoner et al., 1990), plus petit cycle identifiable de variations des milieux de dépôt. En milieu émergé ou marin peu profond, ces cycles sont généralement reliés à des variations de l’espace total disponible pour la sédimentation (accommodation : Jervey, 1988) et donc à des variations du niveau relatif de la mer ; en milieu marin profond, ils peuvent résulter de variations d’énergie du système, les deux types de phénomènes pouvant être couplés.

- Le motif d’empilement vertical des séquences génétiques est ensuite mis en évidence, en identifiant les tendances globales d’évolution des séquences vers le pôle le plus distal et vers le pôle le plus proximal.

- Les différentes coupes peuvent alors être corrélées, en mettant en parallèle leurs motifs d’empilement de séquences génétiques. Les surfaces majeures (correspondant généralement à un approfondissement maximum ou à un minimum d’énergie du système : « Maximum


42

Flooding Surface ») sont d’abord associées : la surface principale (MFS majeure) est utilisée comme surface de référence remise à plat pour le tracé de la corrélation.

- Les séquences génétiques peuvent alors être corrélées individuellement en traçant leurs surfaces limites le long de la coupe (Figure 4). Ces surfaces correspondent à des lignes-temps.

Figure 4 : Corrélation en stratigraphie séquentielle haute résolution dans les Grès de Roda, in Joseph (1995). La corrélation est basée sur l’identification de séquences génétiques (X, Y1, Y2, Y3), caractérisées chacune par une phase progradante (triangle rouge) et une phase rétrogradante (triangle bleu). Les surfaces d’inondation maximale

majeures (MFS) séparant les séquences sont d’abord identifiées (0 à la base de X, 1 entre X et Y1, 7 au sommet de Y3), puis les surfaces d’inondation maximale mineures (3 entre Y1 et Y2 et 5 entre Y2 et Y3) et les surfaces de transgression

associées (2, 4, 6) sont corrélées.

Toute cette démarche de corrélation par stratigraphie séquentielle haute résolution est utilisable à l’affleurement et en subsurface pour prédire la géométrie des réservoirs (Eschard et al., 1993) : elle doit être contrainte par les données biostratigraphiques, mais également contrôlée par les autres données spatiales, qu’il s’agisse du suivi physique des surfaces majeures à l’affleurement, ou du pointé sismique en subsurface (mais celui-ci, s’il offre une excellente couverture spatiale dans le cas d’acquisition 3D, reste limité par la faible résolution verticale). De même, dans les cas de subsurface, il est indispensable d’intégrer très tôt (avant modélisation) les données dynamiques du type mesures de pression : elles permettent en effet d’identifier des barrières de perméabilité continues, qui peuvent coïncider avec des surfaces sédimentaires majeures (MFS notamment). Elles peuvent ainsi aider à trancher entre deux corrélations possibles, en identifiant des compartiments correspondant à un même régime de pression, donc connectés (unités d’écoulement ou « flow units »).

• Découpage réservoir L’interprétation en termes d’unités réservoirs se base en premier lieu sur l’identification de classes de faciès réservoirs et non réservoirs (jouant le rôle de barrières de perméabilité) : cette classification est menée à partir de l’étude des lames minces, des logs diagraphiques et des mesures pétrophysiques sur prélèvements de carottes (plugs), qui permettent de caractériser les distributions et les diagrammes de corrélation entre porosités (logs et plugs) et perméabilités (Figure 5).

GENETIC GENETIC


43

Figure 5 : Corrélation porosités – perméabilités mesurées sur échantillons de carottes (plugs) dans les Grès de

Roda, in Joseph (1995). Si l’ensemble des données correspond globalement à une même tendance (quantifiée par la loi de corrélation Log K =

0.475.Ф – 2.62), chaque faciès correspond à une position spécifique au sein du nuage. Données TOTAL.

Les différents types de corps réservoirs sont identifiés grâce au modèle de faciès élaboré précédemment, puis corrélés individuellement. Cette corrélation est contrainte par le cadre temporel fourni par l’analyse séquentielle haute résolution, mais elle prend également en compte les indications de direction déduites des mesures de pendages sédimentaires (sens de progradation de barres, direction d’écoulement des chenaux…). La prise en compte des essais de production de puits (remontée de pression dit « buildup » lors de la fermeture du puits ou de chute de pression dit « drawdown » lors de l’ouverture) ou des essais d’interférence entre puits permettent parfois d’estimer l’extension latérale des corps réservoirs individuels. Il faut noter que le découpage réservoir peut varier en fonction des phases de production du gisement, car les hétérogénéités internes influent différemment selon le mécanisme de récupération (simple déplétion, injection d’eau ou de gaz). La Figure 6 donne ainsi un exemple d’interprétation réservoir dans les Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles).

Figure 6 : Interprétation en termes de qualité réservoir dans les Grès de Roda, in Joseph (1995).

Dans la partie amont (au NE), les réservoirs gréseux correspondent à des barres d’embouchure deltaïques de bonne qualité réservoir et bien connectées (en orange) ; dans la partie avale (au SW), les réservoirs sont des barres tidales de

moindre qualité (en jaune), isolées au sein de grès argileux mauvais réservoirs (en blanc). A cause de leur forte cimentation carbonatée (période de condensation), les surfaces d’inondation maximale correspondent à des barrières de

perméabilité (en gris).

GENETIC GENETIC


44

• Synthèse On obtient en synthèse un ensemble de documents résumant de façon qualitative et quantitative les caractéristiques du réservoir tel que l’illustre la Figure 7 sur les systèmes gréseux turbiditiques d’Annot (Alpes Maritimes) : - un ou plusieurs blocs schématiques (Figure 7b) représentatifs de la paléogéographie du système

sédimentaire (comme on le verra ultérieurement, celui-ci peut fortement évoluer au cours d’un cycle à grande échelle de variation de l’accommodation),

- des sections de corrélation 2D (parfois représentées sous forme de blocs diagrammes 3D : Figure 7c) : celles-ci peuvent être habillées en séquences, faciès sédimentaires ou corps réservoirs,

- des cartes qui peuvent être qualitatives (paléogéographie de chaque séquence avec tracé des faciès ou corps réservoir, directions de transport) ou quantitatives (paléobathymétries, épaisseurs…).

Figure 7 : Architecture des systèmes turbiditiques chenalisés d’Annot, modifiée de Joseph et al. (2000).

a : panneau photo des affleurements des Grès d’Annot aux Scaffarels (section C-D) montrant la base des chenaux érosifs ; b : architecture schématique montrant l’organisation en chenaux érosifs de faible sinuosité, migrant

progressivement en onlap le long de la paléopente des Marnes Bleues ; c : schéma de corrélation remis en position structurale actuelle, visualisant les chenaux en coupe transverse aux courants (section C-D-E) et en coupe parallèle

(sections A-B-C).


45

Deux exemples d’applications, correspondant à des environnements très différents (littoral et turbiditique) seront maintenant présentés pour illustrer l’apport de cette méthodologie de caractérisation de l’architecture stratigraphique 3D des réservoirs à la compréhension du fonctionnement du système sédimentaire. 3. Application au système fluvio-deltaïque des Grès de Roda (Eocène des Pyrénées

espagnoles) Cette étude a été menée de 1990 à 1994, en collaboration avec des sédimentologues d’ELF et TOTAL (D. Claude, P. Crumeyrolle et J.L. Lesueur), dans le cadre des projets CEE Geosciences JOULE I et ARTEP / FSH « Étude des affleurements », dirigés par Olivier Dubrule (ELF). Ce système fluvio-deltaïque d’âge Yprésien affleure dans la vallée de l’Isabena, sur le flanc sud des Pyrénées centrales (Province d’Aragon, Espagne). Ces séries sont situés dans le bassin d’avant-pays, induit par l’orogénèse pyrénéenne au Crétacé et au Tertiaire du fait de la convergence des plaques ibérique et eurasienne : elles appartiennent plus précisément au cycle tectono-sédimentaire Eocène – Oligocène inférieur, qui correspond à la migration vers le Sud de plusieurs bassins « piggy-back » transportés au sommet de nappes chevauchantes (Puigdefàbregas & Souquet, 1986). Ces affleurements sont très souvent visités par des géologues universitaires et pétroliers, car ils constituent un bon analogue de champs pétroliers, tels que les formations de Fensfjord, Sognefjord, Tofte et Rogn en Mer du Nord (Gjelberg & Helland-Hansen, 1993), ainsi que de la formation d’Oseberg (Crumeyrolle et al., 1993). Leur interprétation sédimentologique a fait l’objet de nombreux débats : les Grès de Roda ont d’abord été interprétés comme un complexe de dunes sous-marines (« sand waves »), construites sur la plate-forme en période de transgression (Nio, 1976). Puigdefàbregas et al. (1985) remettent en cause ce modèle de « sand waves » utilisé au sens de Allen (1980) : les Grès de Roda sont alors interprétés comme un cône alluvial se jetant dans la mer (« fan delta »), alimenté depuis le NNE par un système de rivières en tresses (paléovallée de Sis), et remanié dans sa partie méridionale par des courants tidaux orientés Est-Ouest. Ces nouvelles observations ont alors conduit Yang & Nio (1989) et Nio & Yang (1991) à proposer une nouvelle interprétation, replacée dans un cadre séquentiel : les corps inférieurs régressifs correspondraient à des barres transverses, sous influence fluviale, sédimentées dans un large chenal alimenté depuis le NE ; les corps supérieurs transgressifs correspondraient à des chenaux estuariens méandriformes, passant vers l’ouest à un delta tidal de jusant (embouchure de l’estuaire). Dans le cadre de ce nouveau projet franco-européen, toute la méthodologie présentée précédemment a été mise en œuvre, de l’acquisition sédimentologique (intégrant le forage de puits peu profonds : Crumeyrolle et al., 1992 ) jusqu’à la modélisation 3D des réservoirs (Joseph & Dubrule, 1994).


46

Elle a clairement illustré l’un des apports majeurs de la stratigraphie séquentielle : le changement de l’architecture du système sédimentaire au cours d’un cycle de variation du niveau de la mer de 4ème ordre (durée d’environ 100 – 200 ka : Mitchum & Van Wagoner, 1991). Durant la période de haut niveau caractérisé par de faibles apports fluviaux (Figure 8), le littoral est soumis à l’influence de la houle et les réservoirs correspondent à des chenaux distributaires et des petites barres d’embouchure remaniées par les vagues (étape 1) ; lors de la chute du niveau marin (bas niveau), l’apport fluvial augmente et les rivières en tresses construisent des barres lobées à forte pente frontale (foresets) de type « Gilbert delta », de très bonne qualité réservoir (étape et photo 2) ; lors de la période de remontée du niveau marin, un littoral à basse énergie et des platiers tidaux s’installent en amont, et vers l’aval, au front du précédent delta, des courants tidaux puissants remanient le sable sous forme de grandes dunes subtidales, allongées parallèlement au rivage et de moins bonne qualité réservoir du fait des dépôts d’argile pendant les périodes d’étale (étape et photo 3). Au cours du cycle de 4ème ordre, on passe ainsi d’un delta à dominance de vagues à un delta à dominance fluviale, puis à un système estuarien.

Figure 8 : Evolution de la paléogéographie et des corps réservoirs au sein d’une séquence de 4ème ordre des Grès

de Roda, modifiée de Joseph (1995). Au cours d’un cycle de variation du niveau de la mer à grande échelle (enregistré par la séquence de 4ème ordre),

l’environnement de dépôt évolue d’un delta à barres d’embouchure sous influence de vagues (étape 1), à un delta fluvial à forte pente frontale de type Gilbert (étape 2), puis à un système estuarien à dunes tidales (étape 3). Photo 2 : foresets

géants (20 m) du delta de Gilbert ; Photo 3 : dune tidale à mégarides sigmoïdes décimétriques à métriques.


47

Cette étude a illustré un autre concept important de la stratigraphie séquentielle : la distorsion des séquences génétiques de 5ème ordre (durée 20 – 40 ka), constitutives du cycle de 4ème ordre. Les périodes de progradation (et donc de construction du delta de Gilbert) sont favorisées pendant la période de chute globale du niveau marin (étape 2), alors que les périodes de rétrogradation (et donc de remaniement par les courants tidaux) sont privilégiées lors des phases de remontée globale (étape 3). Dans le premier cas, les réservoirs gréseux deltaïques restent connectés, alors que dans le second les réservoirs tidaux sont isolés au sein des faciès argileux. La géométrie et la connexion des réservoirs ont donc radicalement changé au cours du cycle de 4ème ordre, ainsi que la qualité de ces réservoirs : dans un cas de subsurface, le positionnement des réservoirs dans un cadre séquentiel permet d’être prédictif sur leur nature et leurs caractéristiques. La reconstitution architecturale 3D a également des implications sur la compréhension de l’évolution tectono-sédimentaire du système fluvio-deltaïque (Joseph, 1995). Comme le montre la cartographie d’ensemble des Grès de Roda et sa comparaison avec le réseau d’accidents et plis actuels (Figure 9), le développement spectaculaire des faciès tidaux vers l’aval peut être relié au fonctionnement d’un pli synsédimentaire orienté NW-SE (« flexure de Roda »), qui constitue un satellite du chevauchement de Montsec actif à cette période (Puigdefàbregas & Souquet, 1986) : cette flexure a été ultérieurement réactivée sous forme de failles normales ou décrochantes. La structuration synsédimentaire aurait eu pour conséquence une canalisation et une amplification des courants tidaux bloqués entre le front du delta au NE et la flexure anticlinale au SW : cette amplification des courants a induit le développement de barres subtidales importantes dans les dépressions locales contrôlées par la flexure. Ces conclusions ont été récemment confirmées par Lopez-Blanco et al. (2003) à partir d’un faisceau d’arguments complémentaires : mise en évidence de plis synsédimentaires sur la sismique, amincissement des séries et développement de constructions récifales carbonatées au niveau de « l’anticlinal de Roda », distribution des foraminifères benthiques.

Figure 9 : Isopaques du Corps Y des Grès de Roda et accidents principaux, in Joseph (1995).

La superposition de cette carte isopaque et des accidents (a) montre le contrôle de la sédimentation du système par le jeu précoce des accidents, qui canalisent les courants tidaux ( b : rosace des directions de progradation des foresets

deltaïques en rouge, à dominance vers le SW, et des directions de migration des mégarides tidales en vert, à dominance vers l'W-NW). L’accident NW-SE de Roda correspondait alors à une flexure anticlinale synsédimentaire.


48

4. Application au système turbiditique des Grès d’Annot (Éocène - Oligocène des Alpes méridionales françaises)

Ce thème de recherche a été mené de 1997 à 2003, en collaboration avec des sédimentologues de Géosciences Rennes (F. Guillocheau, J.M. Quéméner et O. Broucke) et de l’Université Pierre et Marie Curie (C. Robin), dans le cadre du consortium de recherche IFP « Turbidites » et de la thèse d’Élodie du Fornel co-financée par ELF et l’IFP. Les Grès d’Annot constituent un système turbiditique très célèbre, étudié intensivement dans les années 1980 afin de donner des guides pour l’interprétation sismique des dépôts gravitaires (Ravenne et al., 1987). Au cours des années 1990, le fort développement des gisements pétroliers en eaux profondes et la nécessité d’établir des modèles détaillés des réservoirs turbiditiques, afin de les exploiter de façon optimale, nous a conduit à reprendre l’étude de leur sédimentologie et de leur architecture interne. Dans le cadre d’un consortium de recherche industriel, sept sites affleurants en 3D à l’échelle kilométrique ont été étudiés de façon intensive, en utilisant la méthodologie présentée précédemment, et ont pu être corrélés grâce à une étude stratigraphique régionale (Du Fornel, 2003). Ces nouvelles études ont conduit à une réévaluation majeure du modèle de dépôt (Joseph & Lomas, 2004) : en contradiction avec l’image originelle du cône riche en sable au débouché d’un canyon entaillant le talus continental (Stanley, 1975), le système des Grès d’Annot apparaît maintenant comme un ensemble de rampes turbiditiques peu pentues, directement connectées à des « fan deltas » (Quatre Cantons, Saint Antonin), alimentés depuis le sud par les Massifs corso-sarde et Maures - Esterel (Figure 10).

Figure 10 : Paléogéographie schématique du système Grès d’Annot à l’Oligocène basal, in Joseph & Lomas

(2004). Ce système correspond à un ensemble de sous-bassins confinés, induits par le début de mise en place des nappes

chevauchantes alpines, migrant d’Est en Ouest : les rampes turbiditiques constituant le remplissage de ces sous-bassins sont alimentées par des « fan deltas » originaires des massifs méridionaux corso-sarde et Maures – Esterels (A: Annot,

C: Contes, CC: Col de la Cayolle, CH: Chalufy; CM: Col de la Moutière; G: Gialorgues; GC: Grand Coyer; LA: Lauzanier; MT: Mont Tournairet; PC: Peira Cava; QC: Quatre Cantons; SA: Saint Antonin; TE: Trois Evêchés).


49

Sur ces rampes, le transit des sédiments est assuré par des chenaux peu profonds éphémères (« chute channels ») alimentant des langues progradantes allongées : leur activité est probablement liée à la fréquence des apports fluviaux de crues (courants hyperpycnaux : Mulder & Syvitski, 1995). En domaine bassin, ces écoulements hyperpycnaux évoluent par dilution turbulente en courants de turbidité non confinés, qui déposent des lobes sableux en nappes tabulaires (« sand sheets »). La signature géochimique de ces différents corps réservoirs a été caractérisée et mise en relation avec les phénomènes de ségrégation dynamique liés aux processus (des écoulements hyperconcentrés essentiellement laminaires aux écoulements turbulents très dilués : Garcia et al., 2004). Le premier résultat novateur de cette recherche a été l’établissement du premier modèle de séquence génétique haute résolution en environnement turbiditique (Guillocheau et al., 2004), dont le développement est mis en relation avec le fonctionnement du « fan delta » nourricier. Ces séquences de 5ème ordre ont une épaisseur décamétrique et une durée d’environ 20 000 ans (Figure 11). Elles comportent une phase de progradation caractérisée par des clinoformes d’angle faible (associations de faciès hétérolithiques FA1 et FA2), nourris par des faciès grossiers à by-pass (FA3) et lamines obliques (FA4), puis une phase d’aggradation à faciès turbiditiques suspensifs (FA5), recouverts par des faciès condensés d’abandon (FA6). Les phases de construction et d’abandon de ces séquences génétiques sont probablement contrôlées par la dynamique des crues fluviales (courants hyperpycnaux), liée à une cyclicité climatique et/ou eustatique.

Figure 11 : Séquence génétique du système turbiditique des Grès d’Annot (Massif de Sanguinière), in

Guillocheau et al. (2004). La séquence génétique est composée d’une phase de progradation (P) avec un système en accrétion (hétérolithiques FA1 et clinoformes d’angle faible FA2) alimenté par un système nourricier (grandes lamines obliques FA4), et une

phase d’aggradation (A), avec une système en épandage (faciès turbiditiques tabulaires FA5).


50

L’intérêt majeur de ce modèle est de pouvoir utiliser, pour la première fois en environnement turbiditique, l’identification du motif d’empilement des séquences génétiques (« stacking pattern ») pour corréler les séquences de dépôt de 4ème ordre (Figure 12) et reconstituer ainsi les architectures à l’échelle bassin.

Figure 12 : Corrélation dans le sous-bassin d’Annot, modifiée de Joseph & Ravenne (2001).

Le motif d’empilement des séquences de dépôt de 4ème ordre (A à G) permet d’identifier les différentes phases de fonctionnement du sous-bassin : remplissage du bassin fermé d’Annot (séquences A et B), progradation et débordement

par la gouttière du Grand Coyer (séquence C), aggradation (séquence D), rétrogradation et nappage du système (séquences E et F), abandon (séquence G, non représentée).

A l’Eocène - Oligocène, la tectonique active en chevauchements, relais décrochants et failles normales gravitaires, induit des topographies très complexes et le confinement de certains sous-bassins tels que Peïra Cava ou Annot (cf. Figure 10). Ce dernier sous-bassin est du type sous-bassin à seuil (Smith, 2004) : il passe d’abord par une phase de remplissage (« ponding » : Figure 12) ; l’interaction des écoulements avec les pentes frontales et latérales induit des faciès particuliers, tels que des bancs « tripartites » (Puigdefàbregas et al., 2004), comportant un niveau chaotique à galets mous (« débrite ») intercalé au sein d’une turbidite de haute densité. Puis il y a débordement (« spilling ») lorsque le matériel sableux emprunte la gouttière étroite du Grand Coyer pour alimenter la partie sud du bassin des Trois Evéchês (Chalufy). Dans la partie amont correspondant antérieurement au bassin confiné (Annot), la phase de débordement est caractérisée alors par un transit des sédiments via des systèmes chenalisés érosifs (cf. Figure 7 p. 44), et en aval au débouché de la gouttière du Grand Coyer, à une transition chenaux - lobes organisés en compensation latérale. Puis les écoulements gravitaires s’étalent pour former des lobes tabulaires (Chalufy). Les différentes modalités de l’onlap de ces dépôts sur la pente latérale ont pu être mises en relation avec la nature des écoulements gravitaires (Smith & Joseph, 2004) : les écoulements granulaires hyperconcentrés minces favorisent l’onlap abrupt des dépôts gréseux contre la pente marneuse, alors que les écoulements turbulents plus dilués et plus épais induisent un onlap aggradant, la partie fine de l’écoulement turbiditique venant draper la pente.


51

Grâce au motif d’empilement, neuf séquences de dépôt de 4ème ordre, d’épaisseur hectométrique et de durée 200 - 400 ka, ont pu être corrélées sur l’ensemble du système étudié (Du Fornel et al., 2004). Leur reconstitution géométrique met en évidence le remplissage diachrone des sous-bassins, de plus en plus jeunes vers l’Ouest (Figure 13) et la migration des sources d’apport, avec un relais progressif de la source corso-sarde (active principalement à l’Eocène) par la source Maures - Esterel (active à l’Oligocène). Cette évolution peut être mis en relation avec la migration progressive d’Est en Ouest du bassin d’avant-pays alpin, avec d’abord la création d’un bassin flexural à l’Eocène, puis la genèse de plissements dans la couverture au-dessus de différents niveaux de décollement, et enfin l’évolution en véritables bassins « piggy-back », transportés au sommet de décollements émergents à l’Oligocène et au Miocène (bassin de Barrême). Les séquences de dépôt apparaissent ainsi contrôlées par des cycles tectoniques de soulèvement – dénudation des massifs nourriciers méridionaux, au sens de Mutti et al., 1996 (Euzen et al., 2004).

Figure 13 : Evolution paléogéographique des principaux sous-bassins des Grès d’Annot, in Joseph & Lomas

(2004). Le début d’activité des sous-bassins orientaux est éocène moyen à supérieur (Bartonien et Priabonien), alors que les sous-bassins occidentaux sont à remplissage essentiellement oligocène inférieur (Rupélien). La forme allongée des sous-bassins et leur géométrie complexe est liée à la mise en place des nappes alpines (orientées NW –SE) sur un

substrat déjà structuré par la phase de déformation pyrénéo-provençale.

Initialement axée sur une caractérisation de l’architecture réservoir de sites particuliers, cette étude pluridisciplinaire a ainsi abouti à la proposition d’une reconstitution d’ensemble du système de dépôt et de son fonctionnement tectono-sédimentaire, et du positionnement chrono-stratigraphique précis des différentes architectures réservoir reconnues.


52

5. Conclusions et perspectives La méthodologie de caractérisation des réservoirs à l’affleurement et en subsurface est maintenant bien établie et la stratigraphie séquentielle apparaît comme un outil incontournable d’analyse, de corrélation (à l’échelle bassin) et de découpage (à l’échelle gisement) des réservoirs. En intégrant le temps dans la compréhension du mode de construction de l’architecture stratigraphique, elle permet d’être prédictif sur les géométries, notamment dans les cas de subsurface où l’information puits est limitée. Mais il est certain qu’afin de mieux traiter l’échelle réservoir, un besoin existe concernant l’amélioration de la résolution chronostratigraphique (nouvelles techniques de datation isotopique en particulier). Dans ce cadre séquentiel, l’analyse tridimensionnelle de l’architecture stratigraphique permet une reconstitution précise de la géométrie des corps sédimentaires, qui apporte des informations complémentaires sur le système de dépôt et permet de trancher entre plusieurs hypothèses. Seule cette approche 3D permet une quantification exacte des paramètres géométriques des réservoirs à partir des observations d’affleurement.

En sédimentologie pétrolière clastique, les principaux facteurs de contrôle considérés ont, jusqu’à présent, surtout été la tectonique, l’eustatisme et le flux sédimentaire (Posamentier et al., 1988). Le climat n’intervient que d’une façon indirecte via ce flux sédimentaire, et il est certain qu’il faudrait maintenant directement l’intégrer comme paramètre majeur du système. Un effort doit être fait pour mieux caractériser l’effet de ses variations sur le dépôt et la préservation des sédiments. Afin d’améliorer la description et la prédiction des hétérogénéités internes des corps réservoirs, l’accent devrait être également mis sur la caractérisation de la fréquence et du volume des apports sédimentaires, notamment lors des événements exceptionnels ayant un fort impact sur l’enregistrement sédimentaire (crues, tempêtes, glissements gravitaires…).

Document de synthèse - Chapitre 2 : Quantification de l'architecture stratigraphique

53

CHAPITRE 2 : QUANTIFICATION DE L’ARCHITECTURE STRATIGRAPHIQUE Ce chapitre présente les techniques utilisées pour quantifier numériquement les géométries et hétérogénéités sédimentaires, en relation avec les différents types de modélisation utilisées à l’affleurement et en subsurface. Il est basé sur les projets ARTEP menés en collaboration avec les compagnies pétrolières et gazières françaises, dont le but était d’élaborer et d’alimenter des bases de données pour la modélisation déterministe et stochastique des réservoirs clastiques et carbonatés. Ce chapitre est illustré par des figures issues de Chaouche & Joseph (1997), Desaubliaux, Joseph et al. (1994) et Joseph et al. (1995). 1. Problème posé

Dans les années 1990, la nécessité d’élaborer des modèles de réservoirs plus réalistes, afin de mieux prédire leur comportement lors de la production, a rapidement mis en évidence un besoin de quantification des géométries des réservoirs et de leurs hétérogénéités internes. Ce besoin a été amplifié par la nécessité de fournir des jeux de paramètres pour les modèles numériques géostatistiques qui commençaient à être développés. Des bases de données sur les architectures sédimentaires ont alors été construites par diverses compagnies pétrolières : projet norvégien SAFARI (Dreyer et al., 1993), « Heterogeneity Database » de BP (Geehan & Pearce, 1994). Elles ont été essentiellement nourries par des données d’affleurement analogues de champs pétroliers, par l’analyse d’images satellites de systèmes récents et par des données de subsurface. L’interprétation sédimentologique (mais également la modélisation des réservoirs) repose sur l’identification de deux entités : - le faciès sédimentaire, qui correspond à un certain nombre de caractéristiques lithologiques,

biologiques, granulométriques, pétrophysiques (Walker, 1984), - le corps sédimentaire, limité par des enveloppes assez clairement identifiables et composé de

faciès génétiquement liés. Un terme souvent utilisé est élément architectural (Miall, 1985), qui est défini par ses caractéristiques géométriques 3D, ses structures sédimentaires primaires, sa distribution granulométrique et ses relations spatiales avec d’autres éléments (un chenal avec ses levées par exemple). Lorsque le corps sédimentaire est constitué essentiellement de faciès de bonnes propriétés pétrophysiques (porosité, perméabilité…), on le considérera comme corps réservoir, même s’il comporte des faciès internes imperméables constituant des barrières discontinues, car c’est la connexion hydraulique qui importe.

Deux types de données quantitatives peuvent donc être recueillies (Geehan & Pearce, 1994). Le premier concerne la géométrie des corps sédimentaires, et donc leurs paramètres de taille et de forme : épaisseur, largeur, longueur (barrières argileuses par exemple), ellipticité (lobes), sinuosité, amplitude, longueur d’onde (chenaux méandriformes). Ces paramètres sont utilisés dans la modélisation « objet » des réservoirs, détaillée dans le quatrième chapitre. Le second type s’intéresse à la distribution des faciès sédimentaires ou des hétérogénéités : il s’agit alors de paramètres de fréquence (proportion le long d’une surface donnée ou dans un volume donné) et de corrélation spatiale (le long d’une surface donnée). Leur calcul nécessite un maillage spatial et donc une discrétisation de l’information géologique. Ils sont utilisés dans la modélisation « pixel » des réservoirs. 2. Méthodologie Cette méthodologie a été développée dans le groupe Géologie de Production de l’IFP, en collaboration avec des géologues et ingénieurs réservoir d’ELF, TOTAL et GDF, dans le cadre du projet ARTEP « Quantification de la géométrie des corps réservoirs » soutenu par le FSH et dirigé de 1992 à 1998 par Cécile Pabian–Goyheneche (ELF). Elle comporte une phase d’acquisition à


54

partir de sources variées, puis une phase de compilation de ces paramètres dans une base de données, afin d’être réutilisables lors de la caractérisation et de la modélisation de cas de subsurface (Figure 14).

Figure 14 : Méthodologie de quantification de l’architecture stratigraphique.

• Quantification à partir de données d’affleurements

L’observation visuelle des affleurements permet de recueillir des mesures directes, telles qu’épaisseur, largeur, longueur d’objets (chenaux par exemple), mais également des mesures indirectes, à partir de la reconstitution par cartes de corps étendus (ceinture de méandrisation). Un logiciel appelé GIGA (Geological Images Geostatistical Analysis) a été développé à l’IFP sous ma responsabilité afin de quantifier des panneaux photographiques d’affleurements : il a été appliqué sur les affleurements du Mesa Verde au Colorado (Navarre, 1993) et ensuite utilisé dans le cadre des consortiums IFP « Turbidites » et « Pab ». Les panneaux sont d’abord interprétés en faciès ou corps sédimentaires, puis numérisés comme une image constituée de pixels (« picture cells »), chaque pixel étant codé en fonction du faciès ou du corps. Il est alors possible de calculer automatiquement les dimensions horizontales et verticales des objets sédimentaires (identifiés comme un groupe de faciès), et d’obtenir des histogrammes de distribution de ces dimensions et des diagrammes de corrélation largeur – hauteur (Figure 15a). Ces paramètres sont utilisés dans la modélisation « objet » des réservoirs. La numérisation permet également de quantifier la distribution statistique des faciès via le calcul de courbes de proportions horizontales et verticales (Figure 15b et c). La corrélation spatiale des faciès peut également être appréhendée via le calcul de leurs variogrammes d’indicatrices (dans les plans parallèles et perpendiculaires à la stratification : Figure 15d). Ces paramètres sont utilisés dans la modélisation « pixel » des réservoirs : ils seront présentés plus en détail dans le chapitre 4 dédié à la modélisation stochastique. Il est également possible de calculer des matrices de transition horizontale et verticale de faciès (chaque élément i,j de la matrice donne le nombre de transitions d’un faciès i en un faciès j, le long d’une verticale ou d’une horizontale). Cette analyse dite par « chaînes de Markov » permet de reconnaître l’organisation verticale des faciès en séquences et de quantifier l’évolution latérale de ces séquences. Ces matrices de transition sont utilisées en subsurface pour réaliser des simulations « pixel » reproduisant le même type d’organisation séquentielle que l’analogue étudié (Doveton, 1994).


55

Figure 15 : Quantification d'un panneau d'affleurement interprété de la formation du Mesa Verde (Colorado),

modifiée de Navarre (1993). La formation de plaine deltaïque du Menefee (en vert) est interstratifiée entre des prismes littoraux de "shoreface" (en orange). Dans une zone choisie, le logiciel Giga permet de quantifier le rapport hauteur / largeur des chenaux fluviaux

en rouge (a), les proportions verticales (b) et horizontales (c) des faciès de la plaine deltaïque. Les trois principales ceintures chenalisées sont clairement identifiables sur la courbe de proportions verticales (b) ; horizontalement (c), les

dépôts ont un comportement stationnaire (moyenne constante). Le calcul des variogrammes horizontaux (d) permet d’identifier des structures emboîtées, avec une première longueur de corrélation correspondant approximativement à la

largeur moyenne des chenaux isolés (150 m) et une seconde longueur correspondant à la largeur des ceintures chenalisées (environ 1500 m).

Un problème important est la représentativité des panneaux étudiés : on observe en effet la dimension apparente des corps sédimentaires le long d’une direction donnée. Il faut donc intégrer l’analyse de directions de transport (courants) ou de migration (clinoformes) pour identifier les panneaux représentatifs des dimensions parallèles et transverses au courant moyen. En général, l’analyse des données d’affleurements (falaises) donne une bonne idée des dimensions et distributions verticales, par contre les dimensions horizontales sont plus incertaines, du fait de la discontinuité horizontale des affleurements (recoupés par des vallées). Afin de mieux calibrer cette dimension, les images en plan horizontal de systèmes actuels ou récents (sismique 3D HR peu profonde) peuvent être utilisées avec profit.


56

• Quantification à partir d’images satellites d’environnements actuels ou d’acquisition sismique haute résolution

Durant le projet ARTEP, le logiciel GIGA a été largement utilisé pour quantifier des images satellites issues d’acquisition Landsat ou Spot (DEA de Rabineau, 1994 et Cazalet, 1995 ; stage de Didier, 1995). Cette utilisation est illustrée par le cas du fleuve Sénégal étudié avec Marina Rabineau (Figure 16). Les images satellite doivent d’abord être interprétées en termes de « photofaciès », obtenus par classification statistique à partir des mesures de réflectance effectuées dans plusieurs bandes de fréquence et d’un apprentissage sur des zones de référence (Joseph et al., 1995). Cette classification doit être validée par comparaison avec des cartes géomorphologiques issues de travaux de terrain. Bien évidemment, elle est meilleure dans les zones à faible couverture végétale. On peut alors donner une signification lithologique à certains photofaciès (par exemple sable, sable argileux, argile humide, silt de plaine alluviale) et les différencier de l’eau libre et de la végétation.

Figure 16 : Quantification de la distribution des faciès du fleuve Sénégal, in Joseph et al. (1995).

a : image issue d’une classification lithologique à partir de photos satellites prises dans différentes bandes de fréquence, après apprentissage sur des zones connues ; b : quantification des proportions de photofaciès projetées parallèlement à

l'axe de la vallée fluviale (WSW-ENE).

Les différents éléments architecturaux du système peuvent ainsi être reconnus directement : dans le cas du Sénégal, les chenaux sableux, les barres de méandre fluviales (à alternances argilo-sableuses marquant les accrétions latérales successives de la barre), les épandages silteux de crues dans la plaine alluviale sont facilement identifiables (Figure 16a). On peut alors, avec les mêmes techniques que pour les affleurements, calculer les caractéristiques géométriques des objets (chenaux, barres de méandre), et quantifier les distributions horizontales des photofaciès lithologiques dans ces objets : par exemple, à l’intérieur des barres de méandre, on observe une décroissance nette de la proportion des faciès sableux de l’amont vers l’aval (sable en rouge, sable argileux en orange et argile en rose) ; cette évolution peut être reliée à la diminution progressive de la vitesse de l’écoulement lors de la construction du méandre. A plus grande échelle, l’anisotropie du remplissage de la vallée alluviale (plus sableux au Nord et au Sud, plus argileux au centre : Figure 16b) est liée à l’évolution d’un système ancien en tresses, large et à faible sinuosité, vers un système plus récent, fortement sinueux et moins énergétique, limité à l’axe de la vallée.


57

Une approche identique peut être appliquée sur des images provenant d’acquisition sismique haute résolution, sous faible profondeur de recouvrement, en utilisant des attributs sismiques tels que l’amplitude (exemple en Figure 17). La meilleure résolution obtenue dans les tranches superficielles de la sismique permet d’obtenir des paramètres quantitatifs pour les corps réservoirs dont les dimensions sont sous la résolution de la sismique profonde (après avoir vérifié que le système sédimentaire est resté à peu près identique jusqu’à l’actuel) : dans le cas présenté, on a ensuite volontairement dégradé la sismique superficielle de résolution 25 m, à une résolution de 250 analogue à la sismique profonde du champ pétrolier étudié ; si les chenaux méandriformes majeurs restent identifiables, les petits chenaux tributaires dendritiques ne sont plus clairement visibles. Ces paramètres de forme peuvent nourrir avec profit la base de données utilisée pour modéliser le champ pétrolier.

Figure 17 : Carte en amplitude d’un horizon sismique peu profond, in Rabineau (1995).

La quantification de ce type de carte permet d'estimer les caractéristiques géométriques des corps réservoirs sous la résolution de la sismique conventionnelle profonde.


58

• Compilation de la base de données Pour être utilisable, toute base de données de ce type doit partir de la classification génétique des éléments architecturaux et de leurs facteurs de contrôle (hydrodynamiques notamment). Elle doit s’appuyer sur une définition précise et détaillée des termes techniques, par le biais d’un glossaire illustré : la Figure 18 en donne un exemple pour les corps réservoirs carbonatés clastiques (une figure similaire existe pour les corps bioconstruits). Chaque donnée doit être remise dans un cadre strict chronostratigraphique, tectonique, climatique…, car ces informations sont utilisées comme clés de recherche lors de la construction de lois de distribution ou de graphes de synthèse : en particulier, le contexte stratigraphie séquentielle est primordial car la position au sein des séquences de dépôt joue un rôle très important sur les dimensions des corps, comme l’a montré l’étude des Grès de Roda p. 45.

Figure 18 : Typologie des corps réservoirs carbonatés clastiques, in Chaouche & Joseph (1997).

Cette figure de synthèse montre les différents types de corps réservoirs clastiques, classés en fonction de la morphologie de la plate-forme (liée à l’hydrodynamique des vagues) et de la distance au rivage.

Les affleurements du Mesa Verde au Colorado (Desaubliaux et al., 1993) illustrent ainsi la variation des architectures en plaine deltaïque au cours d’un cycle de variation de l’accommodation (niveau marin relatif) : celle-ci contrôle les variations du niveau de base, qui correspond à une surface d’équilibre avec simple transit des sédiments, sans érosion ni sédimentation (Homewood et al., 2000) : - en période de haut niveau de base (Figure 19a), les chenaux sont méandriformes et isolés

(chenaux bleu clair) ; - ils s’amalgament progressivement lors du début de chute du niveau de base, pour constituer de

larges ceintures de chenaux en tresse érosifs, bien connectés (chenaux bleu foncé en séquence 1 et vert clair en séquence 2), leur remplissage est très hétérogène ;

- lors du maximum de chute, ces chenaux évoluent en véritables vallées incisées, profondes mais d’extension limitée, car érodant fortement les ceintures précédentes (vallées violette 1 et


59

saumon 2), leur remplissage est très grossier (conglomérats à la base) mais plus homogène que pour les systèmes en tresse précédents ;

- lorsque le niveau de base recommence à augmenter, les chenaux redeviennent méandriformes et isolés au sein des argiles de plaine côtière du fait d’avulsions fréquentes, ils forment des réservoirs déconnectés avec des remplissages de barres de méandre souvent argileuses (chenaux jaune foncé et rose en séquence 1 et jaune clair et orange en séquence 2), leur qualité réservoir est médiocre ;

- au maximum de montée, ils aggradent verticalement et deviennent anastomosés, avec un fort développement des faciès de débordement latéral (épandages de crevasse : chenaux isolés vert foncé entre les deux séquences).

La cartographie précise de ces différents chenaux (Figure 19b) a permis de quantifier l’évolution de leur rapport largeur sur épaisseur L/H (Desaubliaux et al., 1994). Celle-ci suit l’évolution des géométries, liée aux variations du niveau de base (Figure 19c) : lors des périodes de chute, les chenaux deviennent plus érosifs et leur épaisseur individuelle augmente progressivement alors que leur largeur évolue peu, le rapport L/H diminue et devient minimal pour les profondes vallées incisées 1 et 2 (proportionnellement à la chute du niveau de base) ; lors des périodes de montée, les chenaux méandriformes se désamalgament du fait de l’aggradation rapide de la plaine côtière, leur épaisseur diminue (avulsion fréquente) alors que leur largeur reste stable ou augmente (migration latérale), le rapport L/H augmente donc fortement ; au maximum de montée, les chenaux anastomosés se construisent verticalement sur eux-mêmes, leur épaisseur augmente alors que leur largeur diminue, et le rapport L/H diminue à nouveau. Au cours d’un cycle de chute / montée du niveau de base, le rapport largeur sur épaisseur des chenaux individuels peut ainsi varier de 10 à 100 et il atteint 200 pour les ceintures de chenalisation très étendues latéralement (Figure 19c).

Figure 19 : Cartographie et quantification des corps réservoirs chenalisés dans la formation du Menefee dans le

Mesa Verde (Colorado, USA), in Desaubliaux, Joseph et al. (1994). a : évolution verticale de la géométrie des chenaux en relation avec les variations du niveau de base (1 et 2 : principales vallées incisées) ; b : cartographie des chenaux de la séquence basale (vallée incisée 1) ; c : évolution du rapport largeur / épaisseur des chenaux individuels et des ceintures de chenalisation (belt) dans un cycle de chute /montée du niveau de

base.


60

La base de données est alimentée par les études d’affleurements et de systèmes actuels, et par des données de subsurface et d’articles de la biographie donnant des informations quantitatives contrôlables. Les champs précédemment cités (chronostratigraphie, tectonique, climat, contexte séquentiel…) sont utilisés comme clés de sélection pour la recherche d’informations, l’extraction des données quantitatives et la construction de graphes de synthèse. Ceux-ci peuvent être réalisés interactivement, mais les graphes construits sur les paramètres les plus discriminants (notamment le contexte séquentiel) sont compilés par avance. 3. Utilisation des bases de données Les bases de ce type présentent un double intérêt. Ce sont d’abord un formidable outil de formation (voire même d’auto-formation), car l’effort de clarification et de précision effectué lors de leur construction aboutit à une définition claire des termes, souvent ambigus dans la littérature ou devant faire l’objet d’un choix entre plusieurs définitions. Leur deuxième intérêt est de fournir une information sur la plage de variation des paramètres des corps réservoirs dans un contexte géologique donné : ils permettent donc de donner une idée de l’incertitude associée à ces paramètres, de façon quantitative (valeurs minimum et maximum, moyenne, écart type…). Ces bases de données sont utilisées en interne dans les compagnies pétrolières ou gazières, pour aider à définir les paramètres utilisés lors de la modélisation des géométries ou de la distribution interne des faciès lithologiques ou pétrophysiques dans les réservoirs de subsurface. La Figure 20 montre ainsi un exemple d’un des diagrammes utilisés lors de la modélisation d’un champ à gaz en Thaïlande, pour estimer les largeurs de chenaux en fonction de leurs épaisseurs (identifiées au puits) : différentes lois sont définies en fonction de la sinuosité du chenal.

Figure 20 : Diagramme largeur – épaisseur de chenaux fluviatiles en relation avec leur sinuosité.

Wch = f(Tch) Sinuosity

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 10 15 20

thickness (m)

wid

th (m

)

Leeder-P>1.7- W=6.8*(T**1.54)Leeder-P<1.7- W=3.6*(T**1.54)Hirst- W=3.85*(T** 2.3)non sp.high Sinuositylow SinuosityBraided


61

4. Conclusions et perspectives Les bases de données sur la géométrie et l’hétérogénéité interne des réservoirs apparaissent de plus en plus nécessaires, du fait de la nécessité de mieux exploiter les réservoirs existants et du développement des techniques de production assistée (injection d’eau, de gaz, de polymères…), plus sensibles aux hétérogénéités internes du réservoir que la production par simple déplétion. Mais le formidable développement des techniques informatiques (Internet / Intranet) et des capacités d’interactivité des logiciels rendent indispensables le portage de ces bases de données sur ces nouveaux supports, et leur couplage direct avec les plate-formes de modélisation utilisées en subsurface. Les exemples présentés montrent que la classification et les outils de recherche doivent être basés sur des critères génétiques et prendre en compte le contexte stratigraphique et séquentiel, le même type de corps réservoir (chenal méandriforme par exemple) n’ayant pas les mêmes caractéristiques géométriques et faciologiques en période de chute (régression) ou de montée (transgression) du niveau de base. En parallèle avec les études d’affleurements et de systèmes de dépôt modernes, la quantification d’images sismiques haute résolution (dont la qualité s’est fortement améliorée durant la dernière décennie) devrait permettre une meilleure caractérisation des dimensions géométriques horizontales des réservoirs.

Document de synthèse - Chapitre 3 : Modélisation stratigraphique déterministe

63

CHAPITRE 3 : MODÉLISATION STRATIGRAPHIQUE DÉTERMINISTE

Après un rappel de l’état de l’art au début des années 1990, ce chapitre présente les principes du modèle stratigraphique tridimensionnel et multilithologique qui a été développé sous ma direction à l’IFP (Granjeon, 1997 ; Granjeon & Joseph, 1999). La méthodologie de mise en œuvre est illustrée par deux cas en environnement marin peu profond, l’un de subsurface (delta du Niger : Joseph et al., 1997 : Rabineau et al., 1997), l’autre en environnement récent (Golfe du Lion : Rabineau et al., 2003). Les développements méthodologiques pour les écoulements gravitaires sont ensuite présentés (Hugot, 2000 ; Hugot et al., 1999 et 2000) et testés sur le système actuel de la vallée sous-marine du Var (Hugot, Joseph et al., 2001) et le système éocène des Grès d’Annot (Du Fornel, 2003 ; Euzen, Joseph et al., 2004). Ce chapitre montre l’apport de la modélisation stratigraphique comme outil d’expérimentation numérique permettant d’estimer quantitativement l’évolution des paramètres de contrôle de l’architecture stratigraphique et d’en vérifier ainsi la cohérence. Les méthodes géostatistiques s’avèrent bien adaptées pour la modélisation des hétérogénéités de réservoir à petite échelle (éléments de taille décamétrique à hectométrique horizontalement, centimétrique à décimétrique verticalement), avec un nombre suffisant de données (leur analyse statistique doit être possible). Elles sont donc surtout utilisées lors du développement de champs d’extension kilométrique à plurikilométrique, lorsque l’information puits est suffisante. Elles deviennent vite inadaptées à grande échelle (décakilométrique), du fait des maillages et temps de calcul importants, et avec peu de données (cas d’appréciation) : en effet, n’étant pas basée sur une logique de processus sédimentaires, elles ont un caractère statistique, mais non prédictif. Dans ce deuxième cas, il est nécessaire de faire appel à des approches prenant directement en compte les aspects génétiques de la construction des corps sédimentaires. 1. État de l’art au début des années 1990

Trois types de modèles numériques déterministes ont émergé à la fin des années 1980. Le développement de la stratigraphie sismique et séquentielle de type Vail et al. (1977) a d’abord conduit à la création de modèles géométriques simples (Jervey, 1988 ; Lawrence et al., 1990 ; SEDPACK de Kendall et al., 1991 ; PHIL de Bowman & Vail, 1992), intégrant des lois de production carbonatée (Bosence & Waltham, 1990). Ces modèles 2D, très liés aux concepts de l’école EXXON, étaient essentiellement basés sur des lois empiriques régissant la géométrie du profil d’équilibre de la surface topographique, et sa migration en réponse au variation de l’accommodation (niveau marin relatif). La dynamique du transport n’était pas considérée et la distribution amont-aval du sédiment était simplement liée au déplacement du profil d’équilibre. Traitant de grandes échelles de temps et d’espace, ils ont surtout été appliqués en exploration et développés sous forme de logiciels industriels et de consortiums soutenus par l’industrie pétrolière. Seul le modèle développé par Lessenger (1993), basé sur les concepts de la stratigraphie génétique haute résolution (Cross, 1989), travaillait à l’échelle réservoir. En parallèle ont été développés des modèles 3D dits hydrodynamiques (fluid flow), dans lesquels le calcul de l’écoulement est basé sur les équations de la mécanique des fluides, du type Navier-Stokes plus ou moins simplifiées, et le transport des sédiments est ensuite calculé à partir de lois empiriques fonction de la vitesse de l’écoulement (SEDSIM de Tetzlaff & Harbaugh, 1989 pour les environnements peu profonds ; Zeng & Lowe, 1992 pour les écoulements turbiditiques). Mais du fait des temps de calcul importants nécessités par la résolution 3D et le caractère très instationnaire des écoulements (variables en temps), ils ne pouvaient être utilisés que sur de courtes périodes de temps et d’espace, et ont été appliqués au départ sur des environnements récents, pour l’ingénierie côtière. Du fait de leur caractère instable, voire même chaotique, inhérent à la physique utilisé, ils posaient également des problèmes de conditionnement aux données. De plus, ces modèles nécessitent le calibrage de nombreux paramètres hydrodynamiques, difficiles à estimer pour les sédiments anciens.


64

Sont également apparus des modèles intermédiaires, dits « à pente dynamique » (dynamic-slope), utilisant une équation moyenne du transport de sédiment, du type équation de diffusion reliant le flux de sédiment à la pente de surface (modèles diffusifs). Kenyon & Turcotte (1985) avait montré que cette équation, utilisée depuis longtemps pour l’érosion subaérienne (Culling, 1960), restituait bien la progradation des deltas. Le grand avantage de cette approche est la rapidité de calcul (même en 3D), le nombre limité de paramètres et la possibilité de prendre en compte plusieurs lithologies, mais elle était alors surtout utilisée pour tester des concepts stratigraphiques (Rivenaes, 1992) ou pour assurer le couplage entre déformation tectonique et processus d’érosion / sédimentation (Flemings & Jordan, 1989 ; Sinclair et al., 1991 ; Beaumont et al., 1992), et n’était pas appliquée sur des cas pétroliers. Des approches couplées diffusives / hydrodynamiques ont été ultérieurement développées (Quiquerez, 1999) : en domaine de plate-forme carbonatée peu profonde, le modèle DIBAFILL (Quiquerez et al., 2000) est utilisé pour simuler les processus de transport diffusif par reptation lente, bioturbation et remaniement par les vagues pendant les périodes de beau temps, alors qu’un modèle hydrodynamique est utilisé pour simuler la remise en suspension du sédiment et son transport sous l’action combinée des vagues et des courants lors des périodes de tempête. Par rapport aux modèles purement géométriques, l’intérêt des modèles diffusifs et hydrodynamiques est que la pente de dépôt n’est pas considérée comme une surface donnée à l’équilibre, mais qu’elle résulte de l’interaction des processus de transport et de création d’espace (subsidence et eustatisme) : ces modèles basés sur une simulation plus ou moins sophistiquée des processus sont qualifiés de modèles dynamiques (Paola, 2000) ou plus généralement de modèles génétiques (de Marsily et al., 1998). Comme le souligne Paola (2000), les modèles diffusifs sont aux modèles hydrodynamiques un peu ce qu’est la modélisation climatologique à la prévision météorologique : ils fournissent un comportement « moyen » à l’échelle de plusieurs milliers d’années, et non tout le détail de l’environnement sédimentaire à l’échelle humaine. 2. But du projet DIONISOS Dès l’origine, le but assigné au modèle développé par Didier Granjeon dans le cadre de sa thèse IFP - Géosciences Rennes, co-encadrée avec François Guillocheau, était clairement appliqué : il s’agissait de simuler en 3D l’évolution de la paléogéographie d’un bassin, afin de prédire la géométrie moyenne et le contenu lithologique moyen des unités sédimentaires (Granjeon & Joseph, 1999). Travaillant à des échelles d’espace et de temps importantes (dizaines à centaines de kilomètres, centaines de milliers à millions d’années), le modèle devait être basé sur des lois physiques déterministes simplifiées. Le nombre de paramètres de simulation devait être limité, afin de pouvoir caler les résultats de simulation sur des données réelles (logs de puits et pointé sismique) par une méthode d’inversion. Afin d’obtenir le contenu lithologique, il fallait en outre que l’approche soit multilithologique (sable, argile, carbonate…). Il fut alors décidé de développer un modèle à pente dynamique, tridimensionnel et multilithologique, appelé DIONISOS (acronyme pour DIffusion Oriented – Normal and Inverse – Simulation Of Sedimentation), qui fit l’objet du dépôt d’un brevet dès 1996 (Joseph & Granjeon p. 34). L’équation générale de transport habituellement admise en environnement continental (Granjeon & Joseph, 1999 ; Crave & Davy, 2001) est de la forme :

nmw sqKQ ••= avec Q flux de sédiment

K coefficient de diffusion qw flux d’eau s pente m et n sont deux exposants qui fixent le degré de non-linéarité de l’équation de transport. Si m = 0, on obtient une équation de diffusion pure, linéaire pour n = 1 et non linéaire si n > 1. Il faut noter que cette équation ne signifie pas que le sédiment « diffuse » au sens physique du terme, mais simplement que le transport des sédiments est liée au gradient d’un paramètre, l’altitude du sol (la pente). La gravité est le moteur du déplacement. Si n = 0, il s’agit d’une advection pure, linéaire si m = 1, non linéaire si m > 1 : le transport augmente alors fortement avec le flux d’eau, qui constitue l’agent de transport.


65

3. Principes du modèle stratigraphique Le modèle est basé sur l’interaction de trois grands types de processus : - la création d’espace disponible pour la sédimentation (accommodation : Jervey, 1988), qui

résulte des déformations tectoniques (subsidence ou uplift) et des variations absolues du niveau de la mer (eustatisme) :

Accommodation = Subsidence + Eustatisme

- l’apport sédimentaire, qui peut être externe (apport des sédiments siliciclastiques par les fleuves et les rivières, ou la dérive littorale) ou interne (production carbonatée in situ). Cette production est dépendante de différents facteurs, en particulier la profondeur d’eau et la concentration de l’apport clastique, qui réduisent la luminosité, principal facteur de production pour une température donnée, et inhibent le développement des organismes. Plusieurs lois empiriques existent dans la littérature et en première approximation (Granjeon, 1997 ; Warrlich et al., 2002), on peut retenir une loi générale du type :

∏≠

••=ij

iSjBiiPoPi ,, (1)

avec Pi taux de production de la lithologie i (en m/s) Po,i taux de production maximale de la lithologie i (en m/s) Bi influence de la bathymétrie pour la lithologie i (adimensionnelle) Sj,i sensibilité de la lithologie i au flux de la lithologie j (adimensionnelle)

- le transport des sédiments : la loi de base utilisée est une loi de diffusion, dans laquelle le flux de chaque lithologie est proportionnelle à la pente du sol (énergie du transport) au prorata de sa concentration dans le sédiment (fraction volumique) : l’efficacité du transport (coefficient de diffusion K) est toutefois fonction d’un paramètre advectif, le flux d’eau circulant à la surface du sol, qui contrôle la capacité de transport du sédiment :

hqbKiCiiQ w ∇••−=rr

),( (2)

avec iQr

flux de la lithologie i (en m2/s) Ci concentration du sédiment en lithologie i (adimensionnelle) Ki coefficient de diffusion de la lithologie i (en m2/s) b bathymétrie (en m) qw flux d’eau relatif (adimensionnel)

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

∂∂∂∂

=∇

yhxh

hr

gradient de pente, avec h altitude du sol (en m)

Cette équation peut être démontrée à partir des lois de la mécanique des fluides, mais sous l’hypothèse d’un transport en régime permanent (équilibre entre forces de gravité et forces de friction), dans un chenal ouvert, pour des particules de granulométrie fine à moyenne (Granjeon & Joseph, 1999). Elle utilise en effet la formule de Chézy donnant la vitesse d’écoulement dans un chenal en régime permanent (Hsü, 1989) :

bsCgbsCuf

•=•= 2

avec u vitesse de l’écoulement (en m/s) C coefficient de Chézy (en m /s) Cf coefficient de friction (adimensionnel) g accélération de la pesanteur (en m/s2) b profondeur du chenal (en m) s pente du chenal (adimensionnel)


66

De façon stricte, elle n’est donc valide que pour un transport chenalisé, en domaine continental et marin peu profond, sous l’influence d’apports fluviatiles, et ne peut être appliquée que sur des échelles de temps et d’espace suffisamment longues pour qu’on puisse faire l’hypothèse d’un transport permanent. Des développements ultérieurs ont été faits pour prendre en compte le transport gravitaire instationnaire en milieu marin profond et le transport par la houle. 4. Méthodologie Lors d’applications sur cas réels, quatre phases successives sont mises en œuvre (Figure 21) :

Figure 21 : Méthodologie de modélisation stratigraphique.

• Élaboration du modèle géologique L’analyse des données disponibles (logs sédimentologiques de coupes ou de puits, sections sismiques) permet d’élaborer un modèle géologique conceptuel du champ, et d’identifier les processus sédimentaires à modéliser (donc les lois de transport les plus adaptées). La définition des faciès sédimentaires et des environnements de dépôt, le découpage en séquences fournissent une cadre temporel pour la modélisation : celui-ci est généralement visualisé par l’intermédiaire d’un certain nombre de schémas de corrélation à tester.

• Estimation des paramètres du modèle stratigraphique Les trois paramètres principaux du modèle (accommodation, apport sédimentaire, paramètres de production et de transport sédimentaire) font l’objet d’une première estimation grossière à partir des données géologiques. L’accommodation à un temps donné (espace total disponible pour la sédimentation : Jervey, 1988) est la somme de l’eustatisme et de la subsidence, mais elle correspond également à la somme de la


67

bathymétrie (espace non rempli par les sédiments) et de l’épaisseur des sédiments (espace rempli au cours du temps). A partir de l’interprétation en environnements de dépôt des logs sédimentologiques et de leur découpage en séquences génétiques (Figure 22), il est possible d’estimer la bathymétrie de dépôt de certaines surfaces remarquables (surface de régression maximale ou surface d’inondation maximale des séquences génétiques). En la sommant à l’épaisseur cumulée (et décompactée) des sédiments, on peut alors estimer l’accommodation et évaluer son évolution en fonction de la cote verticale. Pour passer à l’évolution en temps, il faut ensuite faire une hypothèse de durée des séquences génétiques (la plus simple étant de diviser la durée totale de la série par le nombre de séquences : Figure 22).

Figure 22 : Calcul de l’accommodation sur les coupes de Jaca (Pyrénées Espagnoles), in Granjeon, Joseph et al.

(1994). Après découpage du log lithologique en séquences génétiques, une bathymétrie est associée à chaque surface en

fonction du faciès sédimentaire. L’évolution verticale de l’accommodation est estimée en sommant cette bathymétrie de dépôt et l’épaisseur cumulée des sédiments (décompactée). L’évolution en temps est reconstituée en faisant une

hypothèse sur la durée des séquences génétiques.

Si l’on veut distinguer dans ce signal la subsidence de l’eustatisme, il faut séparer une évolution long terme à basse fréquence (subsidence tectonique différentielle, variable entre les coupes) et une évolution cyclique à haute fréquence (eustatisme général, identique entre toutes les coupes dans la fourchette des incertitudes liées à l’estimation de la bathymétrie : Guillocheau, 1995). Une méthode de traitement du signal par analyse spectrale a ainsi été utilisée sur les affleurements de Jaca en Espagne (Granjeon et al., 1994) pour déterminer les cyclicités de ce signal eustatique : les périodes principales identifiées sont 40 ka et 431 ka, et les périodes mineures 104, 137 et 526 ka , proches des valeurs connues pour les variations de paramètres orbitaux (cycles de Milankovitch). Dans un cas de subsurface, un calcul de l’évolution long terme de l’accommodation est également possible le long de certaines surfaces, en utilisant les épaisseurs déduites du pointé sismique et du passage temps – profondeur. Mais ce calcul n’est possible que sur les horizons pointés et en faisant une hypothèse sur la paléobathymétrie : elle est donc entachée d’une forte incertitude


68

comparativement aux puits. Son grand intérêt est de fournir, grâce au pointé sismique, une information répartie spatialement, qui aide à estimer les cartes d’accommodation : l’accommodation n’étant alors estimée qu’en certains points du domaine, il faut ensuite utiliser des méthodes d’interpolation pour l’obtenir sur toute la grille de simulation. La morphologie initiale du bassin correspond à la carte d’accommodation à t = 0, début de la simulation. L’apport global en sédiments est estimé de façon très grossière à partir des volumes sismiques ou de la vitesse moyenne de sédimentation :

∑=•= QisimulédomainedusurfacesedVQ Les apports relatifs Qi en chacune des lithologies (sable, argile, carbonate…) peuvent également être estimés très grossièrement à partir des logs lithologiques des puits, qui fournissent une idée des proportions moyennes Ci (concentrations) dans les sédiments déposés. Les paramètres de transport (coefficients de diffusion de chacune des lithologies dans un environnement donné) étant reliés au flux de sédiment et à la pente du bassin par l’équation de diffusion, leur ordre de grandeur peut être estimé par inversion de cette équation, en prenant en compte la pente d’équilibre et la teneur lithologique moyenne de l’environnement considéré, soit en 2D :

xhCi

QiKixhKiCiQi

∂∂

•−=⇒

∂∂

••−=

avec Qi flux de la lithologie i (en m2/s) Ci concentration en lithologie i (adimensionnelle) Ki coefficient de diffusion de la lithologie i (en m2/s)

xh

∂∂ gradient de pente, avec h altitude du sol (en m)

Le taux de production des carbonates est un paramètre difficile à calibrer. Les taux mesurés sur des environnements actuels sont très largement supérieurs aux taux observés dans l’ancien, car il s’agit de la production instantanée et non du taux préservé à l’échelle des temps géologiques. Comme le montrent Dromart et al. (2002) sur la plate-forme carbonatée d’âge Jurassique moyen du bassin de Paris, une estimation précise des taux d’accumulation ne peut être faite qu’en 3D du fait du partitionnement volumétrique et de la forte variabilité des valeurs calculées sur des sections verticales 1D (puits) : les valeurs moyennes obtenues dans les différents environnements sédimentaires (littoral à marin profond) à partir de ce calcul 3D permettent de calibrer les lois de production utilisées pour la simulation stratigraphique.

• Simulation directe Après cette estimation approximative des paramètres du modèle, on peut alors calculer les étapes successives de sédimentation au cours du temps. A chaque pas de temps dt, l’accommodation (cumulée) est calculée en chaque maille du domaine de simulation par interpolation entre les points de données. Aux frontières du domaine, la position des sources ayant été préalablement définie, la quantité de sédiments et le flux d’eau introduits ou exportés pendant le pas de temps sont également calculés. Le transport des sédiments est résolu en deux étapes : le flux d’eau qw s’écoulant sur le fond du bassin est d’abord calculé en chaque maille du domaine (différents modèles peuvent être utilisés : écoulement suivant la plus grande pente ou répartition au prorata des pentes (cf. Granjeon & Joseph, 1999 pour plus de détails). Les valeurs obtenues servent à calculer de façon explicite les coefficients de diffusion Ki en fonction de la bathymétrie de dépôt. Les flux de chaque lithologie Qi sont alors calculés au moyen de l’équation de diffusion (2) et l’équation de conservation de la masse (3) permet de calculer la quantité déposée ou érodée de chaque lithologie pendant le pas de temps dt (cette quantité est égale à la différence entre les flux entrants et sortants de la maille) :


69

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂

∂+

∂∂

−=∇−=•∂∂

yQi

xQiiQhCi

t

rr)( (3)

avec iQr

flux de la lithologie i (en m2/s) Ci concentration en lithologie i (adimensionnelle)

h altitude du sol (en m) En cas d’érosion, ce terme est limité par un taux maximal d’érosion admissible, qui correspond à la vitesse d’altération du substrat : ce taux est défini par l’utilisateur, car fonction du contexte climatique et paléogéographique. En outre, s’ajoute à ces quantités de sédiments déplacés la production in situ calculée au moyen de l’équation (1).

• Calage des données Dans chaque cellule du maillage, on obtient ainsi au cours du temps les épaisseurs sédimentées (ou érodées) de chacune des lithologies, et donc la concentration du dépôt en chacune de ces lithologies. Par sommation (avec prise en compte éventuelle de la compaction), on peut reconstruire l’évolution de la paléobathymétrie du fond du bassin. Aux points de contrôle que constituent les puits, ces résultats sont comparés respectivement aux épaisseurs mesurées, aux concentrations lithologiques estimées à partir des logs, et aux environnements de dépôt déduits des faciès sédimentaires, auxquels on associe une plage bathymétrique. Aux nœuds de la sismique, on ne peut comparer que les épaisseurs globales simulées et observées. Une boucle d’inversion est alors mise en œuvre pour caler résultats de simulation et données observées, en modifiant progressivement les paramètres du modèle : les coefficients de production et de transport règlent principalement la pente de dépôt et l’extension des corps sédimentaires, les apports sédimentaires contrôlent le volume global et la localisation des sédiments, les cartes d’accommodation influencent les épaisseurs déposées. Au départ, la technique employée correspondait essentiellement à une méthode d’essai - erreur (Granjeon & Joseph, 1999) : Didier Granjeon développe maintenant en partenariat avec le département Mathématiques Appliquées de l’IFP des procédures semi-automatiques.

• Analyse des résultats L’évolution au cours du temps des paramètres de simulation étant maintenant quantifiée, il faut vérifier leur cohérence avec l’histoire tectono-sédimentaire du bassin : certaines simulations, qui semblent géométriquement correctes, peuvent correspondre à des jeux de paramètres irréalistes dans le contexte donné (subsidence en « yo-yo », apports sédimentaires trop importants par rapport au bassin de drainage…). On peut ainsi valider ou infirmer différents schémas de corrélation, en quantifiant leur implication du point de vue de la dynamique des processus (de déformation et de sédimentation). En final, on obtient un modèle 3D de l’architecture des environnements de dépôt, respectant les données de contrainte (puits et sismique) et cohérent d’un point de vue géologique et physique (dans le cadre des hypothèses retenues). Le modèle fournissant la distribution lithologique à l’intérieur des unités sédimentaires, il peut être utilisé comme outil de prédiction de l’évolution des réservoirs à distance des puits : il faut toutefois conserver en mémoire qu’étant donnée les lois utilisées, il ne peut fournir qu’une image « lissée » des géométries sédimentaires, et que les incertitudes affectant les paramètres de simulation étant importantes, il vaut mieux quantifier la palette de variations possibles du résultat final plutôt que donner une seule solution.


70

5. Exemples d’applications en milieu marin peu profond

• Delta tertiaire du Niger Cette application sur un champ pétrolier nigérien a été menée en collaboration avec la compagnie ELF dans le cadre d’un contrat industriel (Joseph et al., 1997 ; Rabineau et al., 1997). Elle portait sur un bloc décakilométrique, limité par des failles listriques et soumis à une forte subsidence (600 m en 700 ka, soit une vitesse de sédimentation moyenne de 850 m/Ma). Elle bénéficiait d’un bon pointé sismique, effectué en 3D, mais de seulement cinq puits, relativement proches et situés en zone proximale. Le but de l’étude était de vérifier la cohérence du schéma de corrélation proposé et de prédire l’extension vers l’aval des réservoirs sableux rencontrés aux puits.

L’intérêt majeur de la modélisation stratigraphique a été de pouvoir remplir l’ensemble du volume sismique avec une distribution des lithologies, cohérente du point de vue des processus sédimentaires, et tirant profit de l’information très détaillée fournie par les puits (Figure 23) : 14 séquences génétiques, de durée approximative 50 ka, ont été reconnues aux puits et permettent de calibrer des variations haute fréquence de l’accommodation (d’origine eustatique probable), qui contrôlent l’avancée et le recul des prismes sableux littoraux (réservoirs). Ces séquences génétiques s’organisent en deux mégaséquences de progradation – rétrogradation du système deltaïque, la première à dominante d’apport fluvial, la seconde sous influence mixte de marées et de vagues. La procédure d’inversion a permis de respecter les épaisseurs observées avec une tolérance de 2 m pour les puits et de 10 m pour les nœuds de contrôle du maillage sismique. La simulation a donné de bons résultats, puisque les prédictions se sont révélées très proches des observations effectuées dans les puits ultérieurement forés en domaine plus distal. Elle a permis d’affiner le schéma de corrélation.

Figure 23 : Modélisation stratigraphique du delta du Niger (bloc 3D en environnements de dépôt) et

comparaison entre données de puits et résultats de simulation, in Rabineau, Joseph et al. (1997). La modélisation met en évidence l’organisation des réservoirs en deux grands cycles (mégaséquences d’environ 350 ka)

d’avancée (progradation) et de recul (rétrogradation) du système deltaïque. Chaque corps réservoir correspond à un prisme littoral mis en place au cours d’une séquence génétique d’ordre inférieur (environ 50 ka). La simulation des

processus d’érosion / transport / dépôt permet de remplir l’ensemble du volume sismique en prenant en compte l’information verticale très détaillée fournie par les puits.

2

1


71

La simulation a fourni en outre une estimation plus précise de l’évolution au cours du temps de l’accommodation et de l’apport sédimentaire : on constate ainsi que l’évolution du système deltaïque à dominante fluviale (mégaséquence 1) vers un système à dominante vagues – marées (mégaséquence 2) coïncide avec une réduction de moitié de l’apport sédimentaire global. Cette réduction influe sur la géométrie des réservoirs sableux : ceux-ci passent de morphologies lobées contrôlées par des sources localisées (embouchures fluviales) vers un dispositif plus linéaire lié au remaniement du littoral par les vagues.

• Séquences de dépôt quaternaires sur la marge du Golfe du Lion Durant le Quaternaire (Pléistocène supérieur et Holocène), la sédimentation sur la plate-forme externe du Golfe du Lion en Méditerranée est caractérisée par l’empilement de plusieurs prismes sableux, d’environ 25 m d’épaisseur, passant vers le large à des faciès argileux (Figure 24a). Si l’architecture interne de ces prismes est bien connue grâce à une sismique superficielle de grande qualité (références in Rabineau, 2001), leur modalité de mise en place reste encore très débattue, du fait de l’absence de forages profonds permettant d’observer et de dater les sédiments : pour Aloisi (1986), chaque prisme sableux correspond à une séquence littorale déposée pendant le bas niveau marin d’un cycle majeur glaciaire / interglaciaire (de durée environ 100 000 ans), alors que Tesson et al. (1993) associent ces prismes à des séquences de plus courte durée (20 000 ans) au sein du seul ensemble glaciaire du Würm (100 000 ans).

Figure 24 : Simulation stratigraphique des séquences de 100 000 ans sur la plate-forme externe du Golfe du

Lion, in Rabineau et al. (2004). a : profil sismique interprété (PII : prisme littoral sableux, à fort pendage ; P1 : prisme d’avant-côte plus argileux, à

faible pendage) ; b : courbe eustatique utilisée et résultat de simulation. L’utilisation de la courbe standard SPECMAP aboutit à une bonne reproduction du motif géométrique des prismes littoraux déposés sur la plate-forme, sans nécessité

de modifier le régime de subsidence. La modélisation stratigraphique montre que les variations eustatiques sont le premier facteur de contrôle de l’architecture sédimentaire du système et valide la durée des séquences reconnues.


72

Lors de sa thèse co-encadrée par l’IFREMER (S. Berné), l’IFP (P. Joseph) et Géosciences Rennes (F. Guillocheau), Marina Rabineau a utilisé le modèle DIONISOS pour simuler le mode de construction de ces prismes littoraux, et tester ainsi les différentes hypothèses de mise en place. En utilisant un modèle de subsidence simple (basculement constant durant le Plio-Quaternaire) et une courbe de variations eustatiques calibrée sur des courbes isotopiques O18/O16 (courbe SPECMAP d’Imbrie et al., 1984), elle aboutit de façon directe, sans inversion, à un motif d’organisation tout à fait similaire aux observations de sismique Très Haute Résolution (Figure 24b) : elle prouve ainsi que le motif élémentaire de dépôt (prisme littoral sableux) enregistre un cycle glacio-eustatique de 100 000 ans, l’avancée maximale du littoral correspondant au maximum glaciaire. La modélisation permet en outre de quantifier le taux de basculement de la marge pendant le Quaternaire supérieur (250 m/Ma au niveau de la bordure de la plate-forme à 70 km de la côte actuelle) et de déterminer l’ampleur des maxima de glaciations : elle constitue ainsi un outil d’expérimentation numérique particulièrement efficace pour tester le couplage de différents processus (climat, eustatisme, tectonique, sédimentation). 6. Développements méthodologiques pour les écoulements gravitaires en milieu profond Les premiers tests de simulation en environnement turbiditique ont été menés sur le bassin de Santos (offshore brésilien), dans le cadre de la thèse de Jobel Pinheiro-Moreira (2000), en collaboration avec Thierry Nalpas et François Guillocheau de Géosciences Rennes. Ces tests avaient montré que le modèle de diffusion classique, basé sur une proportionnalité du transport avec la pente (ou son carré), ne donnait pas des résultats satisfaisants, car cette approche « écoulement permanent stationnaire » était trop simplifiée et ne prenait pas en compte les variations d’énergie cinétique des écoulements gravitaires et leur durée limitée. Les écoulements gravitaires sont en effet très complexes (Hugot, 2000) : - ils correspondent à une large gamme de comportement rhéologique, de rigide (éboulis

bréchique, glissement sans déformation), plastique (slump), viscoplastique (debris-flow) à visqueux (écoulement turbiditique),

- ils peuvent être cohésifs (s’ils possèdent une matrice argileuse) ou non-cohésifs (s’ils sont granulaires),

- leur concentration en particules est très variable, de plus de 80 % pour des écoulements de densité hyperconcentrés, à moins de 9 % pour des écoulements turbulents s.s. (Mulder & Alexander, 2001),

- de ce fait, les mécanismes de support des particules sont multiples : pression de dispersion produite par les collisions intergranulaires, cohésion de la matrice argileuse du fait des forces de liaison électrostatiques et électrochimiques, flottabilité des particules dans la matrice dense (poussée d’Archimède), surpression du fluide interstitiel, turbulence du fluide,

- le comportement dynamique peut donc être laminaire ou turbulent. De façon simplifiée, on classe les écoulements gravitaires dans un diagramme comportant trois pôles (Figure 25) : - C cohésif – plastique (forte proportion d’argiles : domaine des écoulements à débris (« debris

flows ») ou des écoulements boueux (« mud flows »)) - G granulaire – collisionnel (forte proportion de clastes : écoulements granulaires laminaires

(« grain flows »)) - V visqueux – fluide (augmentation du contenu en eau : courants turbiditiques turbulents de

haute et basse densité)


73

Figure 25 : Classification des écoulements gravitaires, in Hugot (2000).

Ce diagramme tripolaire est basé sur la proportion relative de la matrice argileuse (pôle C cohésif - plastique), des grains sableux (pôle G granulaire - collisionnel) et du fluide (pôle V visqueux - fluide),

De plus, les échelles de temps et d’espace peuvent être très variables, depuis des écoulements catastrophiques résultant de ruptures de pente et durant quelques heures à quelques jours (bouffées turbides) à des courants durant plusieurs semaines à plusieurs mois, induits par exemple par des crues fluviales (courants denses hyperpycnaux : Mulder & Syvitski, 1995). La fréquence de ces événements peut varier de plusieurs années à plusieurs milliers d’années.

• Le modèle objet écoulement Les écoulements turbiditiques sont généralement modélisés soit au moyen d’une équation simplifiée du type Chézy-Kuenen donnant la vitesse de l’écoulement (Hsü, 1989), soit par la résolution des équations de Navier-Stokes moyennées sur la verticale de l’écoulement (équations d’ondes longues : Parker et al., 1986 ; Zeng & Lowe, 1992) : les temps de calcul étant généralement très longs, ces approches hydrodynamiques ne sont pas utilisables à l’échelle des temps géologiques. Une approche de simulation intermédiaire a été développée dans le cadre de la thèse d’Alexandre Hugot, en collaboration avec Stéphane Zaleski (Paris VI), Mohamed Naaim (CEMAGREF) et Bruno Savoye (IFREMER). L’originalité de ce travail est de traiter l’écoulement turbiditique comme un objet géométrique déformable (un demi ellipsoïde : Hugot et al., 1999, 2000 ; Figure 26).

Figure 26 : Géométrie et variables de l’objet écoulement turbiditique représenté ici en deux dimensions sous la

forme d’une demi-ellipse, in Hugot et al. (2000). h : hauteur, l : demi-longueur, Ф : fraction volumique des particules (concentration), θ : pente, ur : vitesse du centre de

gravité de l’objet : lur : vitesse d’étalement de l’objet

Les principaux mécanismes pris en compte sont : 1. le déplacement de l’objet sous l’effet de la gravité, 2. la turbulence interne, 3. l’étalement du aux forces de pression, 4. l’incorporation de fluide ambiant le long de l’interface supérieure, 5. l’érosion et la sédimentation de particules le long de l’interface inférieure.

Les deux derniers mécanismes sont fonction de la vitesse de l’objet et jouent en retour un rôle important sur son mouvement (calculé au moyen de la résolution d’un système d’équations différentielles).


74

L’étude analytique du comportement du modèle numérique (Hugot et al., 2000) montre qu’une grande part des sédiments est déposée durant la phase transitoire de l’écoulement, et prouve l’insuffisance des approches basées sur le calcul d’une vitesse à l’équilibre (vitesse de Chézy – Kuenen : Hsü, 1989). 7. Applications en environnement marin profond

• Application à l’effondrement de Nice de 1979 Une méthode inverse d’identification des paramètres du modèle a d’abord été validée à partir d’expériences en modèle réduit (canal immergé du CEMAGREF : Laval et al., 1988 ; Hugot et al., 1999). En collaboration avec l’IFREMER, le modèle a ensuite été appliqué sur un cas réel, l’effondrement de l’aéroport de Nice en 1979 (Piper & Savoye, 1993) : cet écoulement d’environ 1.5 km3 a parcouru plus de 140 km sous une profondeur d’eau atteignant 2600 m, et sectionné deux câbles téléphoniques dans la vallée sous-marine du Var. L’écoulement a pu être modélisé de façon satisfaisante, avec une prédiction correcte des épaisseurs sédimentées et des zones d’érosion (Hugot et al., 2001). Par rapport aux estimations précédentes (Mulder, 1993 ; Piper & Savoye, 1993 ; Mulder et al., 1997 : Figure 27), les vitesses calculées sont toutefois plus faibles au départ, puis plus fortes ensuite, du fait de la charge sédimentaire gagnée par érosion, qui renforce l’énergie gravitaire de l’écoulement : l’inversion montre que le volume de sédiment érodé dans le canyon du Var serait plus du double du volume de l’effondrement initial au niveau de l’aéroport.

Figure 27 : Vitesses prédites par le modèle "objet écoulement" après inversion partielle ou totale des données

dynamiques et de dépôt et comparaison avec les estimations antérieures, in Hugot, Joseph et al. (2001). Par rapport aux estimations antérieures, l'inversion simultanée des données dynamiques (temps de rupture des câbles) et de dépôt (épaisseurs sédimentées aux points carottés) prédit des vitesses plus faibles au début de l'écoulement, puis plus

fortes du fait du gain de sédiments par érosion.

Par rapport aux approches antérieures surtout basées sur la reproduction de la dynamique de l’écoulement (sans interaction avec le substrat), cette nouvelle approche montre clairement l’impact très important des phénomènes d’érosion / sédimentation sur le champ de vitesses, et l’importance de l’étalement par gravité, qui est prépondérant sur pentes faibles à nulles (effondrement de la suspension sous son propre poids) : le couplage érosion – transport – dépôt s’avère donc indispensable pour modéliser correctement l’écoulement. Elle montre en outre que seule la donnée simultanée de contraintes sur la dynamique (temps de rupture des câbles) et sur le dépôt (épaisseurs sédimentées estimées d’après les carottes) permet une bonne reconstitution de l’écoulement et une estimation des paramètres physiques et des conditions initiales (Hugot et al., 2001).


75

• Application au système des Grès d’Annot (Eocène des Alpes Maritimes) Une version simplifiée de ces équations a été intégrée par Didier Granjeon dans le modèle stratigraphique DIONISOS et testée dans le cadre du DEA d’Emmanuel Caroli (2002) et de la thèse d’Élodie du Fornel (2003). L’équation utilisée, dite de transport à haute énergie, est basée sur le calcul de la vitesse réelle de l’écoulement turbiditique (non uniforme spatialement). En utilisant les relations de proportionnalité entre flux de sédiments, contraintes de cisaillement basales et vitesses (Granjeon & Joseph, 1999), on aboutit à une équation de diffusion pondérée par un terme advectif lié à l’énergie cinétique de l’écoulement réel. L’utilisation de ce modèle sur le système turbiditique des Grès d’Annot (Du Fornel, 2003) a permis de reconstituer l’évolution en temps de l’architecture du système, et par là même de mettre en évidence l’importance de la déformation, liée au développement d’Est en Ouest du front de chevauchement alpin (Figure 28a). Elle a également permis d’estimer quantitativement les apports sédimentaires (Figure 28c) : après calage des coupes sédimentaires situées dans les différents sous-bassins, la modélisation montre très clairement le relais progressif de la source Est (massif corso-sarde), active surtout à l’Eocène, par une source toujours méridionale, mais située plus à l’Ouest (massif Maures – Esterel) à l’Eocène terminal – Oligocène (Du Fornel, 2003 ; Euzen et al., 2004).

Figure 28 : Modélisation stratigraphique de la formation des Grès d’Annot, in Euzen, Joseph et al. (2004).

a : évolution de la topographie du bassin depuis le remplissage du bassin fermé (séquences A et B), le débordement associé à la phase de progradation (séquence C), la phase d’aggradation (séquence D) et la phase de rétrogradation

((séquences E et F) ; b : géométries et faciès simulés dans le sous-bassin d’Annot (cette simulation peut être comparée avec la corrélation de la Figure 12 p. 50) ; c : quantification des apports sédimentaires montrant le relais de la source E-

SE par la source Sud.

Ces développements méthodologiques sur les écoulements gravitaires permettent de mieux prendre en compte l’impact de la topographie sur le champ de vitesse des écoulements, et en particulier l’augmentation de ces vitesses (et donc du flux sédimentaire) liée au confinement des écoulements dans des gouttières morphologiques. Les phénomènes d’érosion liés à cette augmentation de vitesse sont aussi mieux modélisés. On aboutit ainsi à un modèle 3D cohérent, reliant l’activité des sources (les « fan deltas » nourriciers) et le remplissage progressif des sous-bassins turbiditiques.


76

8. Conclusions et perspectives Les modèles stratigraphiques sont des remarquables outils d’expérimentation numérique, qui permettent de mettre en cohérence, via la simulation des processus de sédimentation, l’ensemble des données disponibles (puits ou coupes, sections sismiques, datations…). Ils permettent également le test de différentes hypothèses de fonctionnement du bassin et la quantification des paramètres du modèle (subsidence, eustatisme, flux ou production sédimentaire…), dont on peut alors contrôler la validité : ils aident ainsi à la compréhension de l’évolution du système sédimentaire. En subsurface, après calage aux données, ils permettent de prédire l’extension des réservoirs dans les zones éloignées des puits et d’estimer l’incertitude en faisant varier les paramètres dans une fourchette admissible. Pour des raisons de loi utilisée (moyenne stationnaire) et de coût en temps calcul, les approches macroscopiques telles que les modèles advecto-diffusifs type DIONISOS simulent les processus de transport et dépôt sur de grandes échelles de temps et d’espace (plusieurs centaines de milliers d’années, plusieurs dizaines de kilomètres). La critique qui leur est faite par rapport aux modèles hydrodynamiques est de fournir une image « lissée » de la réalité géologique correspondant au faciès « moyen » des environnements simulés et ne restituant pas les hétérogénéités observées à petite échelle. Une modélisation plus réaliste de ces hétérogénéités nécessite de simuler l’érosion et la sédimentation non comme des processus continus sur de longues périodes de temps, mais comme une succession d’événements de fréquence et d’énergie variable (crues fluviales, tempêtes, écoulements gravitaires…), tel que l’ont fait Koltermann & Gorelick (1992) avec le logiciel SEDSIM sur un système aquifère alluvial en baie de San Francisco : le point bloquant reste le calcul des écoulements et du transport des sédiments, dont la sophistication conduit à un coût numérique prohibitif pour les longues périodes de temps et nécessite le calibrage de nombreux paramètres hydrodynamiques, difficile à inférer pour les sédiments anciens. Des approches plus souples et plus flexibles sont envisageables, tels que les automates cellulaires se déplaçant à la surface du bassin avec leurs propres lois de transport, érosion et sédimentation : ces nouvelles méthodes génétiques comportant un aspect aléatoire, elles seront décrites dans le chapitre suivant. Afin d’étudier les phénomènes de couplage entre déformation et érosion/sédimentation, une étape importante de progrès serait une réel couplage entre modèle stratigraphique et modèle structural de déformation 3D, capable de simuler des déformations complexes (failles listriques, plis polyphasés, chevauchements, diapirs…).

Document de synthèse - Chapitre 4 : Modélisation stochastique des réservoirs

77

CHAPITRE 4 : MODÉLISATION STOCHASTIQUE DES RÉSERVOIRS Après un constat des besoins en modélisation des réservoirs à la fin des années 1980, ce chapitre présente la méthodologie intégrée que j’ai contribué à développer à l’IFP. D’abord validée à partir d’études d’affleurements tridimensionnels dans le cadre de projets français et européens (Joseph et al., 1993 ; Joseph & Dubrule, 1994 ; Joseph, 1995 ; Joseph et al., 2000 ; Vennin et al., 2003), elle a été appliquée sur des cas de subsurface en partenariat avec des compagnies pétrolières (Joseph et al., 1999 ; Anant-Raksakul et al., 2000). Le couplage avec la modélisation stratigraphique est ensuite présenté (Joseph et al., 1996 ; Doligez et al., 1999b), puis on discute les nouvelles approches intégrées dites « aléatoires-génétiques » qui pourraient constituer une nouvelle étape dans les techniques de modélisation de réservoir (Joseph et al., 1993 ; Hu et al., 1994). Dans les gisements pétroliers, l’évaluation des réserves ou la simulation des écoulements des fluides nécessitent une description 3D complète de l’architecture interne des réservoirs, et en particulier de la répartition spatiale des faciès et de leurs caractéristiques pétrophysiques. Cette description est généralement obtenue à partir de coupes verticales 1D ou de sections 2D, par des méthodes d’interpolation, qui génèrent des maillages 3D qui peuvent dépasser plusieurs millions de mailles. 1. Constat à la fin des années 1980 Les modèles de gisement ont longtemps été basés sur une description déterministe des réservoirs du type multicouches horizontales (« layer-cake » au sens de Weber & van Geuns, 1990) : celle-ci privilégie les continuités latérales, surtout lorsqu’on a qu’un nombre limité de puits. Dans un certain nombre de cas, cette approche s’est avérée trop simpliste, car elle ne prenait pas en compte les hétérogénéités internes, liées par exemple à la présence de corps sédimentaires de taille limitée (chenaux sableux constituant des réservoirs ou au contraire niveaux argileux jouant un rôle de barrière). Ce constat a conduit différents instituts de recherche ou universités à développer des méthodes de modélisation, d’abord 2D, puis 3D, essayant de simuler ces distributions d’hétérogénéités, et utilisant pour ce faire des approches stochastiques (ou géostatistiques, c.a.d. basées sur une distribution aléatoire dans l’espace d’objets ou de propriétés : Haldorsen & Damsleth, 1990). La philosophie de ce type d’approche n’est pas de considérer que la géologie du gisement est aléatoire, mais de reconnaître que la connaissance du réservoir est insuffisante pour générer un seul modèle (déterministe) des hétérogénéités, et que plusieurs réalisations, contraintes par les données limitées disponibles (puits, sismique), peuvent être tout aussi probables (Dubrule, 2003). Leur grand intérêt est alors de permettre de quantifier l’incertitude sur les volumes en place calculés (Doligez et al., 1999a).

Deux grandes types d’approches stochastiques ont alors été développés. Les méthodes « objet » génèrent des objets de forme géométrique définie (chenaux, lobes…) répartis de manière aléatoire dans l’espace (modèles SMURF : Haldorsen & MacDonald, 1987 ; FLUREMO : Clemetsen et al., 1990 ; SESIMIRA : Damsleth et al., 1992). Les méthodes « pixel » simulent la distribution 3D de faciès ou de paramètres pétrophysiques en utilisant différentes méthodes mathématiques basées sur des statistiques spatiales (Gaussiennes seuillées : Matheron et al., 1987 ; Fractales : Hewett & Behrens, 1988 ; Simulation d’Indicatrices Séquentielles : Journel & Alabert, 1990 ; Recuit Simulé : Deutsch & Journel, 1994…). A partir de 1985 à l’IFP, le projet Géologie de Production animé par Christian Ravenne a ainsi conduit au développement des deux types d’approches dans le logiciel HERESIM (acronyme pour HEterogeneous REservoir SIMulation), en collaboration avec le Centre de Géostatistique de l’École des Mines de Paris (Ravenne et al., 1991).


78

2. Buts du projet HERESIM Dans le cadre de ce projet, ma contribution a consisté à : - tester ces nouvelles techniques sur des affleurements bien contraints (car bien exposés en 3D),

afin de les valider avant leur application sur des gisements réels (projet de recherche 5 p. 32), - valider et améliorer la méthodologie développée (intégration de la sismique et des données de

production), en l’appliquant notamment sur des champs pétroliers (projet de recherche 13 p. 33), - essayer d’introduire davantage de concepts sédimentologiques dans la méthode de modélisation,

notamment pour les cas de l’offshore profond disposant d’un nombre très limité de puits (consortium 14 p. 33).

3. Méthodologie Comme l’illustre la Figure 29, la méthodologie de modélisation géologique 3D comporte six phases principales :

Figure 29 : Méthodologie de modélisation géologique 3D.


79

• Synthèse sédimentologique et choix de la méthode de modélisation La modélisation stochastique doit forcément reposer sur le modèle de dépôt conceptuel dérivé de la phase d’acquisition sédimentologique, et visualisé au moyen de sections de corrélation fournissant un schéma de l’architecture du système sédimentaire (cf. Chapitre 1 p. 44). Les unités à modéliser sont identifiées : elles sont limitées par des surfaces importantes, délimitant les unités réservoir (au sens de l’écoulement, c.a.d. hydrauliquement connectées), qui correspondent généralement à un changement brutal de faciès (de grès à argiles par exemple) ou à des niveaux de cimentation de grande continuité latérale. Ce découpage en unités réservoirs (« layering » en anglais) est généralement construit sur la corrélation séquentielle haute résolution qui fournit des lignes-temps contrôlant le dépôt de certains faciès (niveaux cimentés le long des surfaces de transgression, niveaux argileux lors des maximums d’inondation en environnement marin peu profond).

Figure 30 : Section de corrélation du corps X des Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles), in Joseph et al. (1993).

a : unités (barres deltaïques) ; b : faciès sédimentaires ; c : plan de position des coupes sédimentologiques.

La Figure 30 illustre cette démarche sur le cas des Grès de Roda (Joseph & Dubrule, 1994) : chaque corps réservoir (X, Y1, Y2, Y3, Z) correspond à une séquence de dépôt de 4° ordre, de 10 à 40 m d’épaisseur, encadrée par des faciès marneux et carbonatés à Nummulites abondantes (Surfaces d’Inondation Maximum). Il s’agit du premier ordre d’hétérogénéité (le plus important car définissant des corps réservoirs verticalement déconnectés). Chaque corps est constitué de plusieurs unités, qui correspondent chacune à une barre d’embouchure deltaïque progradante (séquence génétique de 5° ordre). Elles sont limitées à leur sommet par un niveau de cimentation carbonatée, due à une diagenèse très précoce (fond durci, en rouge sur la Figure 30b). Ce niveau induit une barrière de perméabilité à l’intérieur du corps réservoir, qui peut être corrélée et modélisée de façon déterministe, et constitue le deuxième niveau d’hétérogénéité. A l’intérieur de chaque unité, les faciès sont distribués avec une logique sédimentaire : foresets gréseux en front de barre (orange et vert sur la Figure 30b), bottomsets argileux en pied de barre (bleu et violet sur la Figure 30b). Des nodules de cimentation de taille métrique s’implantent dans certains foresets lors de la diagenèse tardive : ils constituent le troisième niveau d’hétérogénéité, à distribution aléatoire donc non modélisable de façon déterministe. Ce dernier niveau sera pris en compte lors de l’attribution spatiale des caractéristiques pétrophysiques (porosité et perméabilité) aux faciès. Les unités réservoirs et leurs hétérogénéités étant définies, deux approches différentes peuvent être utilisées (Dubrule, 1989) :


80

- les méthodes « objet » (ou booléennes) reposent sur une distribution aléatoire d’objets dans l’espace. Leurs paramètres majeurs sont la forme et les dimensions de l’objet (qui définissent son volume élémentaire vol) et la densité spatiale de ces objets (θ = Nombre d’objets / Volume total). Dans le modèle booléen, la probabilité qu’un point de l’espace x n’appartienne pas à un objet est donnée par la formule : ( ) voleobjetxP •−=∉ θ . Ces méthodes ne nécessitent pas de discrétisation de l’espace a priori.

- les méthodes « pixel » (ou séquentielles) sont par contre basées sur l’attribution d’une propriété discrète (code de faciès) ou continue (valeur de porosité) à chaque maille d’un espace discrétisé en 2D (picture cell ou « pixel ») ou en 3D (volume cell ou « voxel »). Les paramètres majeurs sont d’une part les proportions spatiales moyennes pour les variables discrètes, ou les histogrammes de fréquence pour les variables continues, et d’autre part les lois de corrélation spatiale de ces variables. L’outil principal utilisé pour mesurer la corrélation en fonction de la

distance h est le variogramme : ( ) [ ]2

1)()(

21 ∑

=

+−=N

ihxFxF

Nhγ , où F est soit une variable

continue, soit l’indicatrice de la variable discrète (1F(x) = 1 si x ∈ Faciès F, 0 si x ∉ Faciès F). L’approche utilisée dépend donc de l’identification des hétérogénéités sédimentaires que l’on veut modéliser, et également de la résolution voulue : par exemple, en environnement continental, les chenaux fluviaux sinueux sont fréquemment modélisés sous forme d’objets isolés au sein d’un encaissant argileux (la plaine alluviale) ; en environnement littoral tel que les Grès de Roda, l’évolution rapide des faciès vers le large (des grès littoraux aux argiles marines) sera plutôt modélisée par une approche séquentielle, mais le modèle booléen pourra être utilisé pour simuler la distribution des nodules diagénétiques à l’intérieur de ces faciès (simulations dites emboîtées ou « hybrides » : Srivastava, 1994). Dans un cas pétrolier appliqué, elle dépend aussi du stade de la vie du champ : lors de l’appréciation, lorsque peu de puits sont forés, on utilisera des modèles « objets » basés sur des concepts géologiques. Lors du développement, avec de nombreux puits, les modèles « pixel » basés sur une analyse géostatistique de données nombreuses pourront être plus adaptés.

• Établissement de la base de données Pour chaque coupe d’affleurement ou forage de subsurface, le log sédimentologique est numérisé avec : - les coordonnées absolues (x, y, z) des surfaces, avec la mesure de leur pendage structural : dans

un cas d’affleurement, elles dérivent d’une campagne topographique, - la description des faciès, avec l’épaisseur de chaque intervalle faciologique et la mesure des

pendages sédimentaires internes (paléocourants) : cette mesure donne une information sur l’orientation du corps sédimentaire,

- les mesures de logs diagraphiques ou de pétrophysique (densité, porosité, perméabilité…), - le codage des surfaces, faciès et corps réservoirs : ces codes sont utilisés pour les différents

types de modélisation. Le contrôle qualité des données peut bénéficier avantageusement d’une visualisation 3D des données (dans un géomodeleur par exemple), qui permet de se rendre compte très rapidement des erreurs ou des incohérences (Bui-Tran et al., 1991) : cette visualisation peut être effectuée en position structurale, ou en position de dépôt en remettant à plat une surface de référence, supposée subhorizontale au moment de la sédimentation.

• Modélisation géométrique des surfaces Dans un premier temps, il s’agit de reconstruire le volume de chaque unité de modélisation, sans prendre en compte son remplissage en faciès. Deux méthodes différentes peuvent être mises en œuvre.


81

Les surfaces limites des unités modélisées sont interpolées indépendamment. Il s’agit donc d’une simple estimation spatiale de la variable altitude ou profondeur z(x,y). Tout un panel de techniques est utilisable : fonctions splines (Dubrule, 2003), méthodes basées sur une minimisation de la courbure de la surface, telles que l’interpolateur DSI implémenté dans le logiciel GOCAD (Mallet, 1992), méthodes géostatistiques telles que le krigeage, utilisant un modèle de corrélation spatiale (variogramme ou covariance : Matheron, 1971). Afin de mieux extrapoler l’évolution des surfaces dans les zones non informées, loin des puits, une méthode nouvelle a été utilisée dans le cadre du projet Roda : elle prend en compte les pendages des surfaces, issus de mesures directes à l’affleurement ou de mesures de pendagemétrie en subsurface.

La variable altitude ou profondeur z(x,y) et sa dérivée spatiale ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

∂∂

yz

xz , sont estimées

conjointement par co-krigeage, conditionné aux points de données (Renard & Ruffo, 1993). La prise en compte des pendages a un impact important sur les volumes reconstitués (Joseph & Dubrule, 1994) : dans le cas du corps X de Roda, le volume des barres deltaïques lobées est supérieur de 10 % lorsque les pendages sont ignorés (Figure 31). Mais cette méthode ne peut être appliquée que dans une zone à faible déformation tectonique, car on peut observer des artefacts d’interpolation importants au voisinage des failles, lorsque les pendages sont très affectés, ou dans des zones très plissées, lorsque les données ne sont pas assez nombreuses. Dans les cas de subsurface, on peut également utiliser comme contrainte externe de krigeage un pointé sismique : les surfaces sont alors calées aux puits, mais leur forme est guidée par la forme de la surface sismique.

Figure 31 : Modélisation géométrique du corps X des Grès de Roda sans et avec prise en compte des pendages, in

Joseph & Dubrule (1994). Par rapport à une simple interpolation des surfaces (a), la prise en compte des pendages mesurés aux puits (b) permet de

mieux restaurer le volume réel des unités : l’écart entre les deux méthodes peut dépasser 10 %.

La seconde méthode est basée sur une interpolation des épaisseurs des unités, qui sont estimées de façon indépendante ou conjointe (dans ce cas, la somme des épaisseurs doit respecter un critère supplémentaire, telle qu’une épaisseur donnée par la sismique). Comme pour les surfaces, différentes techniques d’interpolation peuvent être utilisées. Toutes les surfaces sont ensuite reconstituées à partir d’une surface de référence (dérivée par exemple d’un pointé sismique), en sommant successivement les épaisseurs. L’intérêt de cette méthode est qu’elle peut être mise en œuvre même dans des cas de tectonique complexe, mais d’une part, l’estimation indépendante des épaisseurs (sans contrainte de sommation) peut créer des artefacts importants, et il n’est pas possible de prendre en compte directement les pendages, sauf par la génération de pseudo-puits extrapolés grâce aux pendages à partir de puits connus.


82

• Modélisation géologique des faciès Le but de cette seconde phase est de remplir par une distribution de faciès les volumes préalablement reconstitués. Elle nécessite donc une discrétisation de l’espace, afin d'avoir un support spatial pour cette distribution. Chaque unité est maillée indépendamment. De très nombreux modes de maillage sont possibles, à la fois dans le plan horizontal x,y (grille régulière, grille écossaise…) et en vertical le long de la coordonnée z : maillage parallèle à une surface (base, sommet ou niveau de référence), découpage proportionnel c.a.d. avec un nombre constant de mailles entre la base et le sommet (l’épaisseur des mailles varie donc latéralement). Le choix du maillage est défini à partir du mode de dépôt sédimentaire : par exemple, pour modéliser le remplissage progressif d’un chenal, on utilisera plutôt un maillage parallèle au toit du chenal. Chaque unité étant maillée, on a donc un support pour la distribution des faciès dans l’espace, qui peut être effectuée par des méthodes simples d’interpolation du code des faciès : attribution du plus proche voisin, moyenne glissante, etc… Ces méthodes génèrent des variations « lisses » entre les points de données et peuvent présenter des artefacts de modélisation très gênants si les données ne sont pas assez nombreuses et surtout bien distribuées spatialement. Des techniques géostatistiques plus sophistiquées, prenant en compte la corrélation spatiale, peuvent alors être mises en œuvre : - les méthodes « objet » décrites précédemment distribuent dans l’espace des objets de forme

déterminée (chenaux par exemple) avec une densité donnée : les faciès (grès de remplissage de chenal / argile encaissante) sont ensuite attribués en chaque maille de la grille de discrétisation, en fonction de la position des objets.

- Les méthodes « séquentielles » simulent l’enchaînement (horizontal et vertical) des faciès ou des hétérogénéités internes. De nombreuses techniques ont été développées (cf. introduction p. 77). C’est la méthode des Gaussiennes Seuillées (Matheron et al., 1987 ; Guérillot et al., 1990 ; Rudkiewicz et al.,1990), développée conjointement par l’IFP et le Centre de Géostatistique de l’École des Mines de Paris, qui a été utilisée le plus fréquemment dans toutes les études que j’ai traitées.

A partir des coupes sédimentologiques discrétisées, une quantification de la répartition verticale et horizontale des faciès est menée au moyen d’un outil puissant, les courbes de proportion de faciès (Ravenne, 2002). La courbe de proportion verticale est un histogramme cumulé des proportions de chaque faciès, calculé le long de chaque plan du maillage spatial défini précédemment (Figure 32b): son grand intérêt est de quantifier la séquence verticale des faciès, en montrant la déviation de chaque unité modélisée par rapport au modèle conceptuel (Figure 32c). La courbe de proportion horizontale est une projection, le long d’une ligne horizontale reliant les puits choisis, des proportions de chaque faciès, cumulées puits par puits. Elle quantifie les tendances d’évolution latérale des proportions moyennes de faciès et permet donc de choisir le type de modèle le plus adapté à la simulation (stationnaire si les proportions moyennes changent peu spatialement, non stationnaire si l’évolution est importante).


83

Figure 32 : Calcul des paramètres de modélisation stochastique du corps X des Grès de Roda, in Joseph et al.

(1993). a : modèle de dépôt ; b : méthode de calcul de la courbe de proportion verticale de faciès à partir des puits (maillage

proportionnel). c : courbes de proportion verticale de faciès des unités X3 et X4 des Grès de Roda (maillage proportionnel).

La corrélation spatiale est calculée au moyen des variogrammes d’indicatrices des faciès, qui mesure l’autocorrélation d’un faciès donné en fonction de la distance. Un modèle théorique est alors ajusté sur les variogrammes calculés expérimentalement à partir des puits. Dans les cas de subsurface, les variogrammes verticaux sont calculés de façon fiable car l’information est continue le long de la trajectoire du puits ; par contre, si le nombre de puits est limité, les variogrammes horizontaux sont très incertains du fait de la distance importante entre puits, et doivent être calibrés à partir d’affleurements analogues soigneusement choisis : le champ brésilien de Carapeba a ainsi été modélisé en utilisant les paramètres calculés sur des affleurements analogues des Grès d’Annot (Moraes, Blaskovski & Joseph, 2004). La nécessité de produire des modèles précis de réservoirs pétroliers a ainsi conduit à relancer les activités de terrain. La distribution des faciès est effectuée via la simulation spatiale d’une variable aléatoire, conditionnée aux données de puits. Cette variable peut être l’indicatrice de chaque faciès 1F(x,y,z), dans le cas des Simulations d’Indicatrices Séquentielles, ou une seule variable gaussienne G(x,y,z), à laquelle on affecte plusieurs seuils de troncature : si G(x,y,z) est inférieur au seuil du faciès A, alors le faciès A est attribué au point x,y,z (méthode des Gaussiennes Seuillées). L’intérêt de cette méthode est qu’elle prend en compte l’ordre des faciès défini par l’analyse séquentielle, et donc qu’elle intègre la caractérisation sédimentologique. Les variogrammes horizontaux et verticaux de la variable aléatoire sont reliés mathématiquement aux variogrammes des indicatrices de faciès, ce qui permet de simuler des motifs particuliers de variabilité et d’anisotropie spatiale, donc d’hétérogénéités. Des méthodes nouvelles dites plurigaussiennes (Le Loc’h & Galli, 1997) permettent maintenant de reproduire des motifs d’associations de faciès très complexes, et la superposition d’hétérogénéités de caractéristiques spatiales différentes (sédimentaires, puis diagénétiques, par exemple).

c


84

• Modélisation pétrophysique et pétroacoustique Afin d’estimer les volumes poreux ou d’effectuer des simulations d’écoulement ou de sismique synthétique (Figure 29), le modèle géologique est ensuite converti en modèle pétrophysique et pétroacoustique en attribuant à chaque faciès des propriétés pétrophysiques (porosité, perméabilité horizontale et verticale, saturation irréductible, compressibilité du volume poreux) et pétroacoustiques (vitesses d’ondes P et S, densité). Ces attributions peuvent être faites en utilisant les valeurs moyennes par faciès, ou par tirage dans une loi de distribution, spécifiques à chaque faciès. Dans le cas de modèles synthétiques d’affleurements, les paramètres sont généralement dérivés de champs pétroliers analogues, car les valeurs à l’affleurement sont généralement très dégradées du fait de l’altération superficielle par les agents météoriques. Une simulation sismique synthétique peut alors être mise en œuvre, en utilisant des techniques simples (convolution verticale 1D) ou plus sophistiquées (modélisation élastique 3D) : celles-ci sont plus coûteuses en temps calcul, mais fournissent des résultats plus réalistes, car elles prennent en compte l’effet des hétérogénéités latérales au voisinage de chaque point réflectant (Bourgeois, Joseph & Lavigne, 2000). Elles sont donc plus directement comparables à la sismique réelle tirée sur les champs analogues. Le modèle pétrophysique peut également faire l’objet d’une simulation synthétique d’écoulement : celle-ci peut être locale, autour du puits, afin d’examiner la réponse dynamique des hétérogénéités pétrophysiques du modèle sur une durée de quelques heures à quelques jours (essais de puits en chute de pression dit « drawdown » lors de la mise en production du puits, ou en remontée de pression dit « buildup » lors de sa fermeture). Elle peut concerner l’ensemble du modèle, sur une durée de plusieurs années, lorsqu’on veut quantifier l’impact d’un schéma de production sur la récupération des hydrocarbures : plusieurs puits (injecteurs et producteurs) sont alors concernés. 4. Exemple d’application sur champ pétrolier Cette méthodologie de modélisation a été validée sur de nombreux cas d’affleurements, en domaine siliciclastique ou carbonaté (Joseph et al., 1993 ; Joseph et al., 2000 ; Vennin et al., 2003) et appliquée sur le champ de Bongkot, en Thaïlande, dans le cas d’un projet d’étude intégrée de réservoir en partenariat avec les compagnies TOTAL et PTTEP (Anant-Raksakul et al., 2000 ; contrat 13 p. 33). Cette étude n’a malheureusement pas pu être publiée de façon exhaustive pour des raisons de confidentialité. Dans ce champ correspondant à un environnement fluvio-deltaïque, la sismique 3D d’excellente qualité permet de reconnaître les chenaux majeurs. Les cartes d’attributs sismiques (amplitudes et impédances après inversion) donnent la forme de ces chenaux, qui est utilisée comme contrainte pour la modélisation géostatistique des faciès : cette contrainte peut être simplement qualitative, en définissant une zonation de l’espace entre zones de chenal et zones inter-chenaux (Figure 33a) ; elle peut être quantitative, si l’attribut sismique est corrélé à un paramètre réservoir, tel que la proportion globale en faciès sableux (Figure 33b). Cette contrainte quantitative est alors utilisée pour calculer des courbes de proportions de faciès locales, qui conditionnent la simulation des faciès. Etant basée sur un attribut sismique de valeur variable, la simulation avec contrainte quantitative fournit une réalisation plus hétérogène et des limites de réservoirs moins nettes que la simulation avec contrainte qualitative (Figure 33).


85

Figure 33 : Cartes d'isopaches en sable d'un réservoir fluvio-deltaïque obtenues par simulation géostatistique en

intégrant la sismique par deux approches différentes, modifiées de Joseph et al. (1999). a : contrainte qualitative (zonation horizontale du réservoir) ; b : contrainte quantitative (corrélation entre attribut

sismique et pourcentage en sable). Les dessins sous-jacents correspondent à des sections verticales à l'intérieur du bloc simulé (dilatation verticale 40 fois).

Si l’intégration de l’information sismique réduit considérablement l’incertitude sur les volumes en place, la prise en compte de l’organisation sédimentologique s’avère également importante, car les meilleurs faciès réservoirs ont une position spécifique au sein des séquences génétiques (en l’occurrence dans le cas étudié, à la base des chenaux) : cette répartition verticale des faciès, et par conséquent des caractéristiques pétrophysiques, a un impact important sur l’estimation des volumes d’huile et de gaz en place (Doligez et al., 1999a). 5. Apport de la modélisation 3D

• Au niveau du modèle faciologique Les affleurements (ou les profils sismiques dans un cas de subsurface) ne fournissent qu’une intersection de la réalité géologique avec un plan ou une surface complexe 2D, et donc qu’une vision de la géométrie apparente du système sédimentaire. La reconstitution 3D, qui met en cohérence spatiale l’ensemble des informations, permet de mieux appréhender l’architecture réelle des dépôts.


86

Dans le cas du système fluvio-deltaïque des Grès de Roda dont l’organisation sédimentologique a été décrite en Figure 8 p. 46, c’est la modélisation 3D qui a permis de reconstituer la forme lobée des barres d’embouchure deltaïques et de montrer leur disposition en compensation latérale, ces barres progradant de façon alternée vers le Sud et vers l’Ouest du fait de l’avulsion répétée de l’embouchure fluviale située en amont (Joseph et al., 1993 : Figure 34). La modélisation a ainsi permis de trancher le débat sur l’origine fluviale des grès et sur la position NE de la source.

Figure 34 : Géométrie 3D des barres deltaïques lobées du corps X de Roda (a) et cartographie des dépocentres et

des directions de progradation (b), in Joseph et al. (1993). La modélisation 3D met en évidence la disposition alternée des lobes deltaïques, cohérente avec les directions de

progradation dérivées des mesures de pendage sédimentaires (alternativement vers l’Ouest et le Sud).

La modélisation faciologique (Figure 35) montre qu’en amont, la connexion des faciès réservoir (foresets gréseux en orange et jaune) est bonne, les barrières de perméabilité internes étant discontinues, alors qu’en aval, le développement de faciès non réservoirs à la base de chaque lobe (bottomsets argileux en bleu) provoque une déconnexion verticale des corps réservoirs individuels.

Figure 35 : Modèle réservoir maillé du corps X de Roda, in Joseph (1995).

En amont (NE), les corps réservoirs sont de bonne qualité et bien connectés (orange : bon réservoir ; jaune : réservoir moyen) ; ils se dégradent en aval (SW) du fait du développement à la base de chaque lobe des faciès argileux mauvais

réservoir (bleu).


87

• Au niveau du modèle sismique La simulation sismique synthétique permet de visualiser la résolution obtenue dans différentes gammes de fréquence. Elle a été appliquée sur des modèles 3D de dépôts turbiditiques affleurants dans les Alpes et étudiés comme analogues de gisements profonds (Joseph, 2002) : à partir de l'interprétation des données de terrain (Figure 36), un modèle faciologique 3D maillé (géo-cellulaire) a été reconstruit avec des techniques géostatistiques (Figure 37a).

Figure 36 : Panorama photographique interprété des affleurements de Cime Dieu de Delfy (Grès d'Annot, Alpes Maritimes), modifié de Joseph et al. (2000).

a : panneau photographique avec position des coupes sédimentologiques : b : unités principales ; c : corrélation séquentielle et corps réservoirs principaux

Le modèle initial en faciès étant parfaitement connu, cette analyse de la réponse sismique peut être menée de façon quantitative pour comparer deux approches de simulation sismique telles que la convolution 1D des coefficients de réflectivité avec une ondelette, ou la modélisation élastique 3D basée sur la résolution de l’équation des ondes (Bourgeois, Joseph & Lecomte, 2004). L’écart en amplitude entre les deux méthodes peut être très important, notamment en bordure de corps

MFS

MFS

MFS

Erosional channel


88

caractérisée par un fort contraste d’impédance (chenal par exemple : Figure 37b) : pour la même fréquence, la convolution 1D donne une image plus nette, mais moins proche de la réalité sismique, car elle ne prend pas en compte les réflexions latérales ; de ce fait, l’estimation de la taille des corps réservoirs peut varier notablement. Dans les zones hétérogènes (à 0.41 s par exemple); les amplitudes diffèrent fortement et on peut même observer des décalages de phases. Ces tests de différentes approches de modélisation sismique sont indispensables, car certaines méthodes de modélisation intégrant la sismique (par exemple, l’inversion géostatistique : Haas & Dubrule, 1994) utilisent la convolution 1D pour créer une trace synthétique à partir d’une simulation géostatistique, et sélectionnent la réalisation qui cale le mieux avec la sismique réelle. Ces méthodes ne sont donc applicables que si les effets 3D ne sont pas trop importants.

Figure 37 : Modélisation sismique synthétique par convolution 1D et modélisation élastique 3D des affleurements

de Cime Dieu de Delfy (Grès d’Annot), in Bourgeois, Joseph & Lecomte (2004). a : modèle faciologique 3D maillé ; b : blocs sismiques obtenues par les deux méthodes et corrélation des amplitudes respectives ; c : comparaison des traces sismiques. La modélisation élastique 3D donne une image plus proche d’une

acquisition réelle que la simple convolution 1D. Du fait du décalage des amplitudes, les deux techniques aboutissent à des reconstitutions volumiques du chenal érosionnel très sensiblement différentes.

Sur ce cas analogue de champs brésiliens, l’application de méthodes classiques d’interprétation sismique sur station a permis d’identifier les hétérogénéités détectables sur la sismique


89

conventionnelle : il s’agit dans ce cas des principales barrières argileuses (MFS en Figure 36c), enregistrant l’abandon du système turbiditique et délimitant les séquences de 4° ordre, qui correspondent aux unités réservoirs principales. La détection des barrières plus fines, intra-séquences, nécessite une panoplie de traitements plus sophistiqués, tels que la migration avant sommation, l’inversion des impédances, l’analyse des attributs sismiques…

• Au niveau du modèle dynamique Les essais de puits synthétiques permettent d’identifier la signature dynamique (au sens de l’écoulement des fluides hydrocarbures dans le réservoir) de différentes configurations architecturales (chenal érosionnel, chenal dépositionnel, système en tresses, lobe…) et donnent ainsi des clés d’interprétation pour la subsurface. Ainsi, sur le même cas que précédemment (Joseph & Seguin, 2000), les chenaux érosionnels, encaissés dans les argiles, présentent une signature classique avec deux limites latérales à flux nul, correspondant aux bords du chenal (Figure 38a). Par contre, les chenaux dépositionnels montrent des effets dynamiques de pénétration partielle dans d’autres réservoirs, qui s’interprètent comme une interconnexion des chenaux via leurs dépôts sableux de débordement (Figure 38b). En outre, l’interprétation de ces essais synthétiques au moyen d’outils standard de l’industrie permet de valider les méthodes analytiques d’interprétation, en comparant les paramètres estimés après calage avec les paramètres réels du modèle géologique (largeur du chenal, perméabilité moyenne des faciès), qui sont parfaitement connus.

Figure 38 : Modélisation synthétique d’essais de puits des affleurements de Cime Dieu de Delfy (Grès d’Annot),

in Joseph & Seguin (2000). a : réponse hydrodynamique d’un chenal érosionnel au sein d’un encaissant argileux (bleu) ; b : réponse

hydrodynamique d’un système chenal dépositionnel (faciès rouge et orange) passant latéralement à des dépôts de débordement (faciès jaune et vert). Les deux types de configuration réservoir donnent des courbes de remontée de

pression (en rouge), et de dérivée de pression (en blanc) très différentes.


90

6. Couplage avec la modélisation stratigraphique déterministe

Dans les cas d’appréciation de champ, le nombre limité de puits introduit une forte incertitude sur les paramètres de modélisation stochastique, et donc sur les résultats de simulation. La simulation stratigraphique permet alors de mieux contraindre le modèle géostatistique, en introduisant une information sédimentologique quantitative, issue de la simulation des processus sédimentaires.

Deux types d’information peuvent en effet être utilisés : - la géométrie des surfaces enveloppes des unités stratigraphiques modélisées, - l’évolution des proportions moyennes de faciès à l’intérieur de chacune de ces unités.

Figure 39 : Modélisation stratigraphique et géostatistique couplée de la formation littorale du Mesa Verde au Colorado (USA), modifiée de Joseph et al. (1996).

a : modèle stratigraphique 3D ; b : courbes de proportion de faciès (séquence supérieure) contraintes par le modèle stratigraphique ; c : modèle stochastique utilisant ces courbes de proportions. Tout en prenant en compte l’évolution

globale des environnements restituée par la modélisation stratigraphique, le modèle stochastique fournit une image plus réaliste de la distribution des hétérogénéités internes.


91

Cette approche a été validée dans le Campanien du bassin de San Juan, au Colorado (Joseph et al., 1996 ; Doligez et al., 1999b). L’architecture d’un prisme littoral progradant a d’abord été simulée avec le logiciel de simulation stratigraphique DIONISOS (Figure 39a). Les surfaces limitant les séquences de progradation ont été extraites de la simulation stratigraphique et utilisées comme surface d’unités pour la modélisation géostatistique. De plus, la simulation a fourni pour chaque unité des cartes de proportions moyennes de faciès (cumulées sur la verticale) : celles-ci varient très fortement puisque l’environnement sédimentaire passe d’une plaine alluviale (argileuse) à un littoral (sableux), puis au domaine marin ouvert (à nouveau argileux). Ce comportement non-stationnaire est pris en compte en subdivisant le domaine de simulation en sous-domaines, et en attachant à chaque sous-domaine une courbe de proportion verticale particulière (Figure 39b). Pour chaque courbe de proportion, les proportions de faciès sont calculées de façon que leur somme verticale soit identique à la carte de proportions cumulées dérivées de la simulation stratigraphique. La simulation géostatistique contrainte par ces paramètres (Figure 39c) est alors capable de reproduire les hétérogénéités de petite échelle (observables aux puits et liées à l’intensité variable des vagues, non modélisable par la simulation stratigraphique) dans une tendance d’évolution générale liée à l’approfondissement de la plaine côtière à l’offshore, bien modélisée par la simulation stratigraphique. L’image obtenue est ainsi géologiquement plus réaliste, et tire profit des deux approches complémentaires. 7. Simulations aléatoires-génétiques

Les années 1990 – 2000 ont vu un fort développement de méthodes mixtes, comportant à la fois des aspects déterministes et stochastiques. Elles ont généralement été développées non pour une simulation globale de l’évolution du système de dépôt (du continent au marin profond), mais pour la simulation d’objets de plus petite échelle dans un environnement donné (chenaux dans une plaine alluviale notamment).

La part relative du stochastique par rapport au déterministe est très variable. Nordlund (1996) propose ainsi un modèle atypique (FUZZIM), dans lequel l’érosion et le dépôt sont contrôlés par un ensemble de règles basées sur la logique floue (« fuzzy logic » en anglais) au lieu d’un ensemble d’équations mathématiques. L’intérêt de cette approche est de pouvoir intégrer aisément des informations conceptuelles qualitatives : par contre, elle peine à donner des prédictions chiffrées (épaisseur sédimentée) et surtout à les contraindre par des données observées. Afin de contraindre un modèle stochastique « objet » à des données de puits, Viseur (2004) déforme progressivement un chenal faiblement sinueux avec des lois de migration latérale s’inspirant des modèles physiques et obtient ainsi des chenaux méandriformes plus réalistes. Lopez (2003) propose un modèle plus génétique, basé sur la modélisation déterministe de l’évolution spatio-temporelle d’une rivière, à partir du modèle hydrodynamique d’Ikeda et al. (1981). Les processus d’érosion et de dépôt sont ensuite simulés par des modèles physiques ou descriptifs simples : dépôt interne de barres de méandre lié à la migration latérale du chenal, bouchons argileux remplissant les méandres abandonnés lors de recoupement ou d’avulsion (changement du cours du chenal), loi de diffusion pour les dépôts latéraux de levées et de débordement, description paramétrique des lobes de crevasse consécutifs à la rupture des berges du chenal… Suivant l’approche développée par Mackey & Bridge (1995), la fréquence de ces ruptures (ainsi que de l’avulsion du chenal) est gouvernée par une loi de probabilité fonction de paramètres physiques (débit fluide dans le chenal, pentes respectives du chenal et de la plaine alluviale). Le modèle fournit des images très réalistes d’architectures chenalisées méandriformes. Pour simuler la construction de lobes deltaïques à partir de rivières, Hardy et al. (1999) couplent un modèle de marche aléatoire pour la migration des chenaux sur pentes faibles à des modèles déterministes de déplacement le long de la plus forte pente (avec érosion advective) pour les chenaux pentus et de diffusion pour la progradation des lobes deltaïques sous-marins. L’augmentation de la puissance des ordinateurs a conduit au développement de nouvelles méthodes plus flexibles, dites automates cellulaires (Murray & Paola, 1994). Le principe de base de ces méthodes est de simuler le déplacement d’entités élémentaires de sédiments, auxquelles sont


92

attachés à la fois des attributs (lithologie, volume, vitesse, charge sédimentaire…) et des règles de comportement (par exemple, loi locale de transport fonction de ces attributs). Crave & Davy (2001) utilisent ainsi cette technique de « marcheurs actifs » pour simuler l’érosion d’un relief aérien : des « précipitons » sont lâchés aléatoirement sur la topographie et se déplacent avec une loi de transport fonction de la pente et du flux d’eau local. Lorsque ce dernier atteint un seuil critique, la loi utilisée change d’une loi de diffusion à une loi de transport fluvial advectif (cf. p. 64) afin de simuler le changement d’un processus de ruissellement sur les collines à un processus de transport chenalisé dans les rivières. Le modèle reproduit de façon très réaliste l’évolution géomorphologique de réseaux hydrographiques. Dans un but de modélisation des écoulements souterrains dans les aquifères, Teles et al. (2001) utilisent une méthode voisine dite « multi-agents » pour simuler le mode de construction de la plaine alluviale du Rhône sur 15000 ans, à l’échelle de la dizaine de kilomètres. Le déplacement de barres dans une ceinture active de rivières en tresses est simulé par le dépôt sur ces barres d’ « entités sédimentaires » lors des périodes d’aggradation de la plaine alluviale, et leur érosion et le transport vers l’aval du sédiment par des « entités érosives » lors des périodes d’incision. Pour chaque pas de temps, la position des barres est tirée de façon aléatoire dans la ceinture active. Malgré l’utilisation de lois locales, le modèle reconstruit correctement l’architecture globale des dépôts alluviaux. Il faut remarquer que toutes ces approches ne calculent pas réellement la vitesse de l’eau en chaque maille du système (comme le font les vrais modèles hydrodynamiques), et que l’érosion, le transport et le dépôt du sédiment sont régis par des lois empiriques ou physiques simplifiées. La granulométrie n’est donc obtenue que de manière indirecte. Si elles reconstruisent de façon réaliste les architectures sédimentaires, leur principale limitation reste l’impossibilité du conditionnement exact à des données réelles (puits), comme peuvent le faire les méthodes purement géostatistiques.

Dans le cadre du projet Geosciences JOULE I, un couplage direct entre approche déterministe et approche stochastique a également été exploré (Joseph et al., 1993 ; Hu, Joseph & Dubrule, 1994). Ce modèle dit « aléatoire-génétique » dérive des travaux précurseurs de Jacod & Joathon (1971) : il intègre des concepts sédimentologiques (génétiques) afin de proposer une simulation réaliste des corps sédimentaires, mais utilise également des paramètres stochastiques (aléatoires) afin d’introduire une certaine variabilité et de faciliter le calage aux données de puits. La sédimentation d’un lobe deltaïque a ainsi été simulée à partir de règles simples : - le matériel sédimentaire provient d’une source principale unique et stable (embouchure

fluviale), - le matériel sédimentaire remplit progressivement l’espace disponible entre le fond de la mer et

un niveau maximum de sédimentation (niveau de la mer par exemple), - ce remplissage est opéré d’amont en aval et respecte un profil limite de stabilité (la surface de

dépôt ne peut excéder un angle donné). La sédimentation s’opère par le dépôt successif de petits éléments, les foresets (feuillets frontaux du delta), qui représentent le dépôt d’une phase unitaire de crues fluviales (Figure 40a). Ces éléments ont une forme fixe (conique dans le cas présent) avec des dimensions dérivées d’observations de terrain (épaisseur décimétrique, extension hectométrique) : cette taille limitée facilite le conditionnement aux puits. Les données de calage aux puits sont les limites des lobes de dépôt et les directions de pendage des foresets à l’intérieur de chaque lobe, qui donnent des informations sur la direction moyenne de progradation des lobes. La direction d’implantation de chaque foreset est tirée de façon aléatoire autour de cette direction de progradation, avec une tolérance angulaire (Figure 40b). Sa position amont-aval est aussi tirée de façon aléatoire, avec une probabilité plus importante en amont (afin de remplir préférentiellement l’espace amont situé près de l’embouchure). Le dépôt successif de ces petits éléments de foresets construit progressivement le lobe deltaïque et le fait avancer. Son développement vertical est limité par deux paramètres de contrôle, le niveau maximum de sédimentation et la pente maximum de dépôt : si le dépôt d’un nouveau foreset conduit à dépasser l’un de ces deux critères, il est rejeté. Le dépôt des foresets continue jusqu’à ce que la limite du lobe soit atteinte aux puits conditionnants (Figure 40c). Un nouveau lobe est alors simulé, avec une direction de progradation moyenne différente (dérivée des informations de puits).


93

Figure 40 : Méthodologie de modélisation aléatoire-génétique, in Joseph et al. (1993).

a : mode de construction du lobe deltaïque par empilement de feuillets frontaux (foresets) ; b : tirage aléatoire de la direction et de la position (amont – aval) des foresets ; c : calage aux puits.

Cette nouvelle approche de simulation a été validée sur le système deltaïque des Grès de Roda, par comparaison avec le modèle de référence construit avec l’ensemble de données (Figure 41) : avec un nombre très limité de puits (trois), elle s’est avérée apte à reproduire de façon très réaliste l’architecture du système, avec une bonne prédiction de la géométrie des surfaces internes qui peuvent être le lieu du développement préférentiel de niveaux de cimentation (barrières de perméabilité). L’utilisation d’un nombre important de puits posant rapidement des problèmes de conditionnement, cette méthode s’avère surtout adaptée pour des cas d’appréciation, où le nombre restreint de puits défavorise les méthodes purement stochastiques et nécessite l’introduction de contraintes sédimentologiques. Malgré son succès, elle n’a pas été industrialisée, car elle était limitée à un environnement sédimentaire particulier, le système deltaïque à dominante fluviale.

Figure 41 : Comparaison des simulations aléatoires-génétiques avec le modèle géologique de référence du corps

X des Grès de Roda (Pyrénées Espagnoles), in Joseph et al. (1993). Le modèle aléatoire-génétique construit avec seulement trois puits (dessins inférieurs) présente une architecture des

lobes très proches du modèle de référence construit avec l’ensemble des vingt puits (a : vue parallèle à la progradation ; b : vue transverse). Dans le lobe X6 (orange), les surfaces internes prédites par la simulation (tiretés) sont en bon accord

avec une limite interne observée aux puits et séparant deux sous-lobes a et b.

a b


94

8. Conclusions et perspectives Le développement des méthodes stochastiques au cours des années 1980 – 1990 est lié à la prise de conscience de l’hétérogénéité des réservoirs, qui a un fort impact sur les écoulements des fluides hydrocarbures. Ces modèles géostatistiques présentent de multiples intérêts (Srivastava, 1994) : - par rapport aux modèles déterministes souvent trop « lisses », ils fournissent une image réaliste

de ces hétérogénéités, - cette image peut servir de base de discussion commune pour les spécialistes de différentes

disciplines (géologues, géophysiciens, ingénieurs de gisement), - ces modèles peuvent générer de multiples réalisations, honorant toutes les données disponibles :

ils permettent ainsi de quantifier l’incertitude sur les volumes en place ou les prévisions de production,

- ce sont généralement des outils flexibles, permettant d’intégrer dans un même cadre spatial des données de nature et d’échelles très différentes (puits, sismique, essais dynamiques, historique de production… : Eschard et al., 1998),

- ils sont facilement conditionnés aux données. Les critiques qui leur ont été faites au départ ont été justement leur caractère stochastique (donc non prédictif) et la faible prise en compte de la logique géologique (sédimentaire et diagénètique). Les travaux auxquels j’ai contribué ont été axés sur l’intégration des concepts et données sédimentologiques dans la modélisation stochastique des réservoirs, par l’intermédiaire des paramètres de modélisation : unités de modélisation correspondant à des séquences génétiques, reconstruction géométrique des unités intégrant les pendages sédimentaires, maillage spatial basé sur des lignes-temps géologiques, courbes de proportion de faciès contraintes soit par une interprétation géologique de la sismique, soit par les résultats d’une modélisation stratigraphique déterministe. Une intégration directe des méthodes stochastiques et des modèles stratigraphiques est maintenant envisageable grâce aux nouvelles approches « aléatoires-génétiques » que nous avons explorées : tout en étant basées sur la logique de construction des corps sédimentaires, celles-ci, par leur caractère aléatoire, permettent de simuler les hétérogénéités internes, et donc la variabilité des caractéristiques pétrophysiques des sédiments.

Document de synthèse - Bilan des travaux

95

BILAN DES TRAVAUX Depuis 1990, les activités de recherche dans lesquelles j’ai été impliqué à l’IFP ont porté principalement sur l’introduction d’une sédimentologie quantitative dans les modèles de réservoir, que ce soit par l’élaboration de bases de données ou par le développement de nouvelles méthodes de modélisation tridimensionnelle, déterministe (simulation des processus sédimentaires) ou stochastique (reconstitution des architectures). Le développement de ces méthodes de modélisation dans les années 1980 – 1990 a été induit par la nécessité de construire des représentations maillées du sous-sol, pour reconstituer l’évolution géométrique et thermique des séries sédimentaires (modèles géochimiques de bassin), et pour simuler la récupération des hydrocarbures dans les gisements pétroliers (modèles dynamiques de gisement). Ces méthodes ont considérément progressé au cours de la dernière décennie, et sont de plus en plus fréquemment utilisées dans l’industrie pétrolière, via des logiciels industriels. 1. Caractérisation et quantification de l’architecture stratigraphique L’émergence de la stratigraphie séquentielle au cours des années 1980 a fait prendre conscience que l’architecture des réservoirs et leur hétérogénéité interne (alors fortement sous-estimée dans les modèles) étaient directement liées à leur histoire géologique. Cette constatation a conduit à relancer les études de terrain, afin de mieux caractériser l’architecture tridimensionnelle des réservoirs, développer les concepts de la stratigraphie séquentielle dans les différents environnements sédimentaires et avoir des analogues de terrain pour les gisements de subsurface. Dans le cadre de collaborations académiques et industrielles, ma contribution a consisté à : - caractériser quantitativement l’évolution des géométries de réservoir dans un cadre séquentiel

strict, en environnement continental et marin peu profond, siliciclastique et carbonaté : cette caractérisation a concerné plusieurs études de terrain (Grès de Roda en Espagne, formation du Mesa Verde au Colorado, réservoirs nummulitiques en Tunisie), dans le cadre de projets français (ARTEP/FSH) et européens (CEE JOULE I),

- élaborer un nouveau modèle de l’architecture des réservoirs en domaine de rampe turbiditique, et montrer l’influence de la tectonique sur cette architecture (consortium TURBIDITES et thèse Du Fornel),

- proposer, en collaboration avec les sédimentologues de Géosciences Rennes, un modèle original de séquence génétique haute résolution en environnement de rampe turbiditique : ce modèle a servi de base pour la corrélation et la reconstitution régionale de l’ensemble du système de dépôt des Grès d’Annot (Alpes méridionales françaises),

- construire des bases de données quantitatives sur la géométrie des réservoirs siliciclastiques et carbonatés : cette quantification a été menée sur des données d’affleurements, des photos satellite de systèmes actuels (Niger, Sénégal) et des acquisitions sismiques peu profondes (Thaïlande) avec le logiciel GIGA dont j’ai coordonné le développement à l’IFP.

Toutes ces études de terrain et cette approche quantitative ont conduit à l’élaboration et à la validation d’une méthodologie de caractérisation tridimensionnelle de l’architecture stratigraphique, basée sur les outils conceptuels fournis par la stratigraphie séquentielle, et utilisable à l’affleurement et en subsurface : elle a également conduit à une meilleure compréhension des processus sédimentaires, nécessaire pour la prédiction des hétérogénéités internes et le développement des méthodes de modélisation déterministe. A partir des observations faites aux puits, cette approche quantitative permet d’être prédictif sur la fourchette admissible des paramètres dimensionnant la géométrie des corps réservoirs et leurs hétérogénéités internes : ces paramètres sont indispensables à la modélisation stochastique des réservoirs.


96

2. Modélisation stratigraphique déterministe Les développements conceptuels de la stratigraphie séquentielle ont rapidement montré la complexité du couplage entre les différents processus qui contrôlent la production et les flux sédimentaires (subsidence, eustatisme, compaction post-dépôt, climat, dynamique du transport…). Des approches numériques de simulation ont alors été développées pour mieux comprendre ces phénomènes de couplage, mais au départ la plupart d’entre elles ont été menées sur des sections 2D, en utilisant des paramètres géométriques (déplacement d’un profil de dépôt fixé par avance) : de ce fait, le couplage reste limité, et comme le montre Paola (2000), ces modèles « à l’équilibre » ne sont valides que si la période de changement des paramètres de contrôle est supérieure au temps caractéristique de retour à l’équilibre, ce qui est rarement le cas. On a alors choisi de développer à l’IFP un modèle qui repose sur des bases physiques, tout en utilisant des lois macroscopiques moyennes qui permettent une simulation à l’échelle des temps géologiques et facilitent le calage aux données du fait du nombre réduit de paramètres de simulation à calibrer. Dans ce cadre, ma contribution a consisté à : - initier et coordonner le développement du premier modèle stratigraphique tridimensionnel,

prenant en compte plusieurs lithologies, siliciclastiques et carbonatées (thèse Granjeon et consortium DIONISOS) : le transport des différentes lithologies est géré par une équation de diffusion avec paramètre advectif lié au flux d’eau,

- initier le développement de nouvelles approches instationnaires pour les écoulements turbiditiques en eaux profondes (thèse Hugot) : l’écoulement est alors traité comme un objet déformable pour lequel sont résolues les équations de mouvement, érosion et sédimentation,

- participer au test de ces nouveaux modèles sur des cas d’affleurements (thèse Du Fornel sur les Grès d’Annot), de systèmes récents en partenariat avec l’IFREMER (thèse Rabineau sur le Golfe du Lion, et thèse Hugot sur le cône sous-marin du Var), et de subsurface (deltas du Niger et du Brent, Argentine, thèse Pinheiro-Moreira sur le bassin de Campos au Brésil), en collaboration avec des partenaires industriels (ELF, TOTAL et PETROBRAS).

Ces études ont démontré l’intérêt du modèle comme outil d’expérimentation numérique et de mise en cohérence de l’ensemble des données réelles (puits, sismique) et des informations conceptuelles (évolution géodynamique, histoire tectonique et climatique du bassin, position des sources…). Par le test de différentes hypothèses de fonctionnement du bassin et la quantification des paramètres du modèle (subsidence, eustatisme, flux et production sédimentaire), dont on peut alors contrôler la validité, ils aident à la compréhension de l’évolution du système sédimentaire. Dans les cas de subsurface, cette mise en cohérence de l’ensemble des informations accroît la confiance qu’on peut accorder aux prédictions du modèle dans les zones non explorées par des puits, et l’incertitude peut être estimée en faisant varier les paramètres de simulation dans une fourchette géologiquement admissible.


97

3. Modélisation stochastique des réservoirs Au cours des années 1980, la prise de conscience de l’hétérogénéité des réservoirs, et de l’importance de ces hétérogénéités pour les écoulements des fluides dans les gisements, ont conduit au développement des modèles stochastiques. Au départ, ces modèles stochastiques ont été des modèles purement mathématiques, développés par des géostatisticiens. L’apport de l’équipe Géologie de Production de l’IFP a été d’introduire, en collaboration avec le Centre de Géostatistique de l’Ecole des Mines, des concepts géologiques dans ces modélisations (maillage calé sur la stratigraphie, calcul de courbes de proportions de faciès…) et d’utiliser l’interprétation géologique de la sismique comme contrainte pour les simulations. Au sein de cette équipe, ma contribution personnelle a consisté en : - la participation au développement de la méthodologie HERESIM intégrant données

sédimentologiques, données sismiques et données de production, - son application sur différents cas d’affleurements (Grès de Roda, Grès d’Annot) et de

subsurface (étude intégrée en partenariat avec TOTAL sur le champ de Bongkot en Thaïlande, thèse Jacquin sur un stockage de Gaz de France),

- l’amélioration des techniques de visualisation 3D des modèles stochastiques, en collaboration avec l’équipe Images de l’IFP (avec en particulier la simulation de la construction du réservoir au cours des temps géologiques),

- l’utilisation des résultats de la modélisation stratigraphique déterministe comme contraintes pour la modélisation stochastique,

- l’exploration de nouvelles techniques dites « aléatoires-génétiques » introduisant directement des concepts de processus sédimentaires dans la méthode de simulation stochastique (et non seulement à titre de contraintes externes).

Ces méthodes de modélisation stochastique intégrant géologie, géophysique et gisement sont maintenant matures et couramment appliquées en subsurface : le nouveau défi est la prise en compte dans ces modèles intégrés des acquisitions sismiques répétitives (sismique 4D), afin de mieux prédire l’évolution des fluides dans les réservoirs. 4. Synergie recherche – enseignement Pour conclure ce bilan, et dans le cadre de mon expérience d’enseignant – chercheur à l’IFP depuis 1998, je voudrais insister sur la fertilité croisée entre activité de recherche et enseignement. Si la simulation stratigraphique a d’abord été conçue comme un outil de reconstitution 3D des architectures sédimentaires, dans un but appliqué, elle s’est révélée comme un outil incomparable pour faire comprendre aux chercheurs et étudiants, par l’évolution dans le temps des paysages, les concepts de la stratigraphie séquentielle. En retour, son utilisation par des étudiants sur de multiples chantiers a considérablement fait progresser le modèle, et induit des réorientations majeures, notamment pour la simulation des écoulements gravitaires. Les affleurements des Grès de Roda, qui ont fait l’objet d’études sédimentologiques poussées sur plusieurs années, sont maintenant utilisés par les industriels et les universitaires comme école de terrain pour la géologie et la modélisation de réservoir, mais ces stages répétés ont également amélioré la compréhension de l’organisation 3D du système de dépôt.

Document de synthèse - Perspectives de recherche

99

PERSPECTIVES DE RECHERCHE Deux voies principales de recherche, parallèles mais complémentaires, s’ouvrent dans le domaine de la caractérisation des systèmes sédimentaires et du développement de nouvelles méthodes de modélisation. 1. Caractérisation des systèmes sédimentaires

• Vers une analyse intégrée des environnements marins profonds Du fait de la complexité croissante des champs pétroliers à exploiter, les études de terrain s’avèrent toujours plus nécessaires pour la compréhension des processus et des architectures sédimentaires. Des efforts importants sont encore à mener, notamment sur les environnements turbiditiques (sensu lato) : si la sismique 3D permet maintenant d’avoir une bonne idée de leur organisation générale, le détail de l’architecture tridimensionnelle de leurs réservoirs est encore mal connu (notamment pour les systèmes sinueux riches en argile). De plus, les modalités et la durée des processus de transport et dépôt font actuellement l’objet d’une révolution conceptuelle avec la mise en évidence de l’importance du contrôle par les crues fluviales (on doit donc plutôt parler de système fluvio-turbiditique tel que le proposent Mutti et al., 2000) et il est maintenant nécessaire d’étudier les modalités de transfert des systèmes continentaux et marins peu profonds aux systèmes turbiditiques. Si les études de terrain fournissent une information précise sur l’architecture interne et l’évolution verticale des séries sédimentaires, elles sont forcément parcellaires dans le plan horizontal. De façon plus systématique, et notamment pour les environnements turbiditiques, elles pourraient utilement bénéficier d’une comparaison avec les acquisitions sismiques sur des systèmes sous-marins actuels : celles-ci fournissent une couverture horizontale continue, et les progrès technologiques récents ont fortement réduit la différence de résolution entre ces acquisitions sismiques haute résolution et les observations de terrain. L’intégration des études dans l’ancien et le récent, avec l’utilisation des mêmes outils de modélisation tridimensionnelle, est donc une voie prometteuse de progrès. De même, la confrontation avec les résultats d’expériences analogiques en modèles réduits (cuve ou canal noyé) devrait être amplifiée, car elle permet de mieux comprendre les relations entre processus et architecture, et de calibrer les paramètres dimensionnant les systèmes.

• De nouvelles techniques d’études d’affleurements Les progrès des calculateurs et des logiciels de visualisation permettent maintenant de restituer l’information géologique de terrain à sa place exacte dans l’espace, grâce notamment aux Modèles Numériques de Terrain (de résolution décamétrique à métrique) et aux acquisitions haute résolution du type Laser (de résolution décimétrique à centimétrique). L’information terrain peut ainsi être visualisée avec les mêmes outils logiciels 3D que ceux utilisés pour la subsurface, ce qui facilite le transfert de l’information et des concepts vers les ingénieurs travaillant dans l’opérationnel. Pour l’instant, ces techniques sont très coûteuses, à la fois en frais d’acquisition et de traitement et en temps personnel : de nouvelles méthodes doivent être développées, basées notamment sur les progrès récents des techniques de photogrammétrie (traitant les prises de vues photographiques stéréoscopiques) et des techniques de visualisation en relief sur ordinateur.

• Vers une sédimentologie événementielle Les études de terrain mettent souvent en évidence le caractère très discontinu de la sédimentation et au global, la très faible préservation des dépôts par rapport à la totalité du matériel qui transite : dans nombre d’environnements, il est exceptionnel qu’on préserve, et on préserve surtout ce qui est exceptionnel. Il est certain qu’un effort particulier devrait maintenant porter sur la quantification de la durée, de l’énergie et de la fréquence de ces événements sédimentaires exceptionnels (crues,


100

tempêtes, instabilités gravitaires…), qui jouent un rôle clé dans l’enregistrement sédimentaire et contrôlent les hétérogénéités de réservoir. Comme on l’a fait pour les bases de données sur la géométrie des corps réservoirs, cette quantification devrait être basée sur une typologie claire, axée sur des critères génétiques, et sur une classification en fonction des paramètres de contrôle géologiques. En sédimentologie pétrolière clastique, l’accent a été surtout mis jusqu’à présent sur le contrôle de l’enregistrement sédimentaire par la tectonique et l’eustatisme, le climat n’intervenant que de façon indirecte par l’intermédiaire du flux sédimentaire : il est maintenant nécessaire d’étudier davantage l’influence directe du climat, en étudiant des environnements de dépôt analogues, mais correspondant à des positions latitudinales très différentes. Un effort doit être fait pour mieux caractériser l’effet de ses variations sur le dépôt et la préservation des sédiments. 2. Nouvelles approches de modélisation

• Couplage entre modélisations stratigraphiques et stochastiques La sophistication des techniques développées en modélisation stratigraphique est très variable. Les approches hydrodynamiques complexes, basées sur la résolution d’équations d’écoulement type Navier-Stokes, s’avèrent intéressantes pour la modélisation des systèmes actuels, pour lesquels on a un bon contrôle des données d’entrée du modèle (en particulier, topographie et conditions d’apports aux limites du système). Mais du fait du nombre important de paramètres du modèle, et de son comportement parfois chaotique (avulsion brutale d’un chenal par exemple), il est souvent difficile de caler les résultats de simulation à des données réelles (forages). Dans les systèmes anciens, et notamment en subsurface, l’incertitude est forte sur les données d’entrée du modèle telles que la paléotopographie initiale ou les positions des sources de sédiment. Afin de respecter les données de puits et de sismique, l’accent est davantage mis sur l’inversion de ces données d’entrée que sur la sophistication des lois d’érosion – transport - dépôt. Celles-ci sont souvent des équations macroscopiques moyennes (telles que l’équation de diffusion) qui ne donnent qu’une distribution globale des environnements et des faciès sédimentaires associés. De ce fait, les résultats de simulation stratigraphique ne calent pas strictement aux données de puits et ne restituent pas bien les hétérogénéités de petite échelle. A contrario, les modélisations stochastiques restituent bien ces hétérogénéités et respectent strictement les données de puits, mais étant basée sur une approche statistique et ne prenant pas directement en compte les processus de sédimentation (et le couplage entre leurs paramètres de contrôle), elles n’ont pas de caractère prédictif et fournissent des images quelque peu stéréotypées. Pour tirer partie des avantages respectifs des deux types d’approches, différentes modalités de couplage entre modélisation stratigraphique déterministe et modélisation stochastique sont envisageables. Comme on l’a montré dans le chapitre 4 p. 90, la simulation stratigraphique, non strictement calée aux données de puits, peut être utilisée comme information a priori pour contraindre la modélisation stochastique et lui faire prendre en compte l’information sédimentologique dérivée de la simulation des processus. Le désavantage de cette méthode est la nécessité d’une double modélisation (déterministe et stochastique) du système étudié. Une autre technique a été envisagée (Koltermann & Gorelick, 1996) : le post-processing de la simulation stratigraphique par des méthodes d’optimisation du type recuit simulé (Deutsch & Journel, 1994), qui peuvent être utilisées à la fois pour générer des hétérogénéités de petite échelle (en respectant, par exemple, un variogramme imposé) et pour obtenir un conditionnement strict aux puits. Mais cette approche a été peu utilisée jusqu’à présent du fait de son coût en temps calcul. L’apparition de nouvelles techniques stochastiques capables de restituer des schémas d’hétérogénéités spatiales très complexes en 3D (telles que les statistiques multi-ponctuelles, Strebelle & Journel, 2000) permet d’envisager une nouvelle modalité de couplage : les réalisations


101

issues de la modélisation stratigraphique génétique (sans calage aux données) serviraient d’images d’apprentissage pour ces nouvelles méthodes, aptes à fournir des simulations de mêmes caractéristiques spatiales, mais strictement conditionnées aux données. Ces techniques nouvelles pourraient être avantageusement couplées avec des méthodes plus anciennes, telles que l’analyse par chaînes de Markov (Doveton, 1994), qui ont été développées pour caractériser l’organisation verticale des faciès en séquences et simuler ces séquences : ce couplage permettrait de reproduire des schémas d’organisation horizontales complexes, fournis par la simulation génétique, tout en respectant les différents ordres de séquences identifiés dans les puits du champ étudié.

• Simulation génétique événementielle Comme le souligne Paola (2000), les systèmes sédimentaires ont un comportement prédictible à petite échelle, lorsqu’on traite des processus (écoulement dans un chenal ou écoulement turbiditique par exemple) : ceux-ci peuvent être résolus de façon déterministe par les équations de la mécanique des fluides du type Navier-Stokes. A l’échelle intermédiaire (celle du réservoir), le système sédimentaire présente parfois des comportements aléatoires (avulsion d’un chenal ou migration brutale d’un lobe deltaïque par exemple) : la difficulté de les prédire de façon déterministe (et la difficulté de conditionner strictement les modèles génétiques) ont conduit à utiliser des approches stochastiques pour reproduire les géométries et les hétérogénéités des réservoirs. Toutefois ces comportements « autocycliques » (c.a.d. internes au système sédimentaire) sont souvent induits par des événements exceptionnels (grandes crues ou tempêtes, glissements induits par des séismes), qui peuvent être reliés aux fluctuations de court terme des facteurs externes contrôlant le système (climat ou tectonique en particulier). A grande échelle (celle de l’architecture stratigraphique), ces facteurs externes sont les paramètres de contrôle majeurs et le comportement du système devient à nouveau prédictible sur de grandes échelles de temps. Une autre voie de modélisation est donc à explorer à l’échelle réservoir : afin d’être plus prédictif, il faudrait essayer de simuler l’hétérogénéité du processus sédimentaire, et non l’hétérogénéité de son résultat (le faciès), telles que le font les méthodes purement stochastiques. Comme indiqué précédemment, le passage d’une perception temporelle à une perception événementielle de la sédimentation conduit à repenser nos méthodes de simulation stratigraphique : en plus des lois moyennées sur de grandes périodes de temps (sédimentation « de fond »), il serait nécessaire de simuler les événements cycliques à haute énergie (crues, tempêtes, écoulements gravitaires exceptionnels …). Jusqu’à présent, du fait de leur caractère très instationnaire, ces événements sont modélisés par des approches hydrodynamiques très détaillées du type Navier-Stokes, qui ne peuvent être utilisées sur des temps géologiques longs du fait de leur coût élevé en temps calcul. Une voie prometteuse s’ouvre donc pour des approches aléatoires-génétiques plus simplifiées et plus flexibles, encore à développer, et prenant en compte les paramètres énergie – fréquence des événements sédimentaires. Ces nouvelles méthodes devraient être validées par comparaison de leurs résultats avec ceux des modèles hydrodynamiques déterministes. Les méthodes du type automates cellulaires sont une des approches possibles : elles sont utilisées depuis longtemps à l’échelle microscopique en mécanique des fluides (modèles de gaz sur réseau : « lattice gas models ») et Rothman & Zaleski (1997) ont montré que leur comportement global est similaire à celui prédit par les équations de Navier-Stokes. Si elles ont déjà été utilisées pour simuler l’érosion et le transport macroscopique en milieu continental (par exemple, Murray & Paola, 1994 pour les rivières en tresses et D’Ambrosio et al., 2003 pour les débris flows subaériens), elles n’ont pas été étendues à la sédimentation en environnement marin (littoral et profond). Ces méthodes étant basées sur des lois d’interaction locale, elles peuvent être implémentées sur des machines parallèles (ce qui diminue fortement les temps de calcul). Le principal défi reste la possibilité de conditionnement à des données réelles, les simulations montrant parfois des comportements chaotiques, même en utilisant des lois locales déterministes. Ce conditionnement passe sans doute par l’utilisation de paramètres stochastiques.


102

• Interaction tectonique – sédimentation

A plus grande échelle, un chantier ambitieux s’ouvre également dans le domaine des interactions entre tectonique complexe et sédimentation via le couplage des modèles stratigraphiques avec des modèles de déformation structurale 3D (encore à développer), capable de simuler des déformations complexes (failles listriques, plis polyphasés, chevauchements, diapirs…). 3. Conclusion De par ma double formation mathématique et naturaliste (et un penchant naturel certain pour les deux disciplines !), mes activités de recherche ont toujours été partagées entre la sédimentologie et la modélisation. Il est évident que, pour être prédictive, la modélisation doit s’appuyer sur une connaissance détaillée des objets à modéliser et la compréhension des processus physiques qui les ont générés. En retour, le modèle est un puissant outil d’expérimentation, qui permet d’analyser le comportement de systèmes complexes, non linéaires, et de mieux les comprendre. Par la nécessité de fournir une évaluation chiffrée des paramètres, l’un des premiers intérêts du modèle est finalement d’obliger le sédimentologue à quantifier ses concepts. Comme l’a dit George Box, « tous les modèles sont faux, mais certains sont utiles ».

Bibliographie

103

BIBLIOGRAPHIE Allen, J.R.L. (1980). " Sand waves : a model of origin and internal structure ". Sedimentary Geology, 26, p.

281-328. Aloïsi, J. C. (1986). " Sur un modèle de sédimentation deltaïque: contribution à la connaissance des marges

passives ".Thèse de doctorat d'Etat, Université de Perpignan. 162 p. Amstrong, M., ed. (1989). " Geostatistics ", Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, v. 1,

p. 1-491, v. 2, p 491-1038. Anant-Raksakul, N., Doligez, B., Joseph, P., Pouclée, P., Pouzet, J. et al. (2000). " A methodology to build a

3D geological model of reservoir from well data using seismic information ". Energy for the new millenium, American Association of Petroleum Geologists (AAPG) international conference & exhibition, Bali, 15-18 October 2000, Abstracts A3, 1 p.

Beaumont, C., Fullsack, P. and Hamilton, J. (1992). " Erosional controls of active compressional orogens ". In : McClay K.R. (ed). "Thrust Tectonics". Chapman & Hall, London, p. 1-18.

Bourgeois, A., Joseph, P. and Lavigne A. (2000). " 3D seismic modelling : an accurate and fast tool for reservoir characterization ". 70th SEG Ann. Int. Meeting, Galgary, 6-11 August 2000, Expanded Abstracts, p. 1587-1590.

Bourgeois, A., Joseph, P. and Lecomte, J.C. (2004). " Three-dimensional full wave seismic modelling versus one-dimensional convolution: the seismic appearance of the Grès d’Annot turbidite system ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 401-417.

Bosence, D. and Waltham, D. (1990). " Computer modeling the internal architecture of carbonate platforms ". Geology, 18, p. 26-30.

Bowman, S.A. and Vail, P.R. (1992). " Computer simulation of stratigraphy ". In : Bowman, S.A. & Neal, J.E. (eds). "Quantitative sequence modeling". CNRS – IFP Workshop, Dijon, France, p. 80-130.

Box, G. (1979). " Robustness in the Strategy of Scientific Model Building ", In : R.L. Launer and G.N. Wilkinson (eds), " Robustness in Statistics ", NewYork, Academic Press. p. 202.

Bui-Tran, V., Pajon, J.L., Joseph, P. and Chautru, J.M. (1991). " 3D Reservoir Visualization ". J. of Petroleum Technology, Nov. 1991, p. 1310-1314.

Chaouche M. and Joseph P. (1997). " Bibliothèque quantitative pour la géométrie des corps réservoirs carbonatés ". Rapport IFP 43441.

Clemetsen, R.A., Hurst, A.R., Knarud, R. and Omre, H. (1990). " A computer program for evaluation of fluvial reservoirs ". In : Buller, A. et al. (eds), "North Sea Oil and Gas Reservoirs". Graham and Trotman Ltd., p. 371-386.

Crave, A. and Davy, P. (2001). " A stochastic “precipiton” model for simulating erosion/sedimentation dynamics ". Computers & Geosciences, 27, p. 815-827.

Cross, T.A. (1988). " Controls on coal distribution in transgressive-regressive cycles, Upper Cretaceous, Western Interior, U.S.A. ". In : Wilgus C.K. et al. (eds). "Sea level changes : an integrated approach". SEPM Special Publication 42, p. 371-380.

Cross, T.A. (1989). " Quantitative Dynamic Stratigraphy ". Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 625 p.

Crumeyrolle, P., Lesueur, J.L., Claude, D., et Joseph, P. (1992). " Architecture et faciès d'un prisme deltaïque de bas niveau marin : les Grès de Roda (Bassin Éocène Sud Pyrénéen) ". Livret-guide de l'excursion ASF (Association des Sédimentologistes Français) du 25-27 Septembre 1992, Publication ASF n° 17, 76 p.

Crumeyrolle, P., Lesueur, J.L., Claude, D., and Joseph, P. (1993). " Reservoir Stratigraphy and Modelling of a Low Stand Prograding Wedge: the Roda Deltaic Complex (South-Pyrenean Eocene Basin). Implications on North Sea Reservoir System ". Forum of the Norwegian Petroleum Society " Sequence Stratigraphy: Advances and Applications for Exploration and Production in North West Europe ", Stavanger (Norway), 1-3 February 1993, Abstracts p. 53.

Culling, W.E.H. (1960). " Analytical theory of erosion ". The Journal of Geology, v. 68, no. 3, p. 336-344. D’Ambrosio, D., Di Gregorio, S. and Iovine, G. (2003). " Simulating debris flows through a hexagonal

cellular automata model: SCIDDICA S3-hex ". Natural Hazards and Earth System Sciences, 3, p. 545-559.

Damsleth, E., Tjolsen, C.B., Omre, H. and Haldorsen, H.H. (1992). " A Two-Stage Stochastic Model Applied to a North Sea Reservoir ", J. of Petroleum Technology, April 1992, p. 402-486.

Bibliographie

104

Desaubliaux, G., Eschard, R., Joseph, P. Lefort, J.J. et Legorjus, C. (1993). " Architecture d'une plaine deltaïque en contexte régressif : l'exemple du Mesa Verde (Campanien, Colorado) ". 4ème Congrès Français de Sédimentologie, Lille, 17-19 nov. 1993, résumés, Publication ASF n° 19, p. 123-124.

Desaubliaux, G., Joseph, P., Eschard, R., Lefort, J.J., Legorjus, C. et Didier, B. (1994). " Géométrie et architecture de réservoirs en plaine côtière : les systèmes chenalisés du Menefee, Colorado ". Rapport IFP 41445.

Deutsch, C.V. and Journel, A.G. (1994). " The Application of Simulated Annealing to Stochastic Reservoir Modeling ", SPE Advanced Technology Series, April 1994, 222.

Doligez, B., Eschard, R., Joseph, P., Beucher H., et Geffroy F. (1999a). " Une méthodologie intégrée pour l’estimation des volumes en place dans les réservoirs et la quantification de leurs incertitudes ". Pétroles et Techniques, n° 422, Septembre-Octobre 1999, p. 50–54.

Doligez, B., Granjeon, D., Joseph, P., Eschard, R. and Beucher, H. (1999b). " How can stratigraphic modeling help constrain geostatistical reservoir simulations ? ". In : Harbaugh, J.W. et al. (eds), "Numerical Experiments in Stratigraphy : Recent Advances in Stratigraphic and Sedimentologic Computer Simulations", SEPM Sp. Publ. No. 62, p. 239–244.

Doveton, J.H. (1994). " Theory and Applications of Vertical Variability Measures from Markov Chain Analysis ". In : Yarus J.M. & Chambers R.L. (eds). " Stochastic Modeling and Geostatistics ". AAPG Computer Applications in Geology, No. 3., p. 55-64.

Dreyer, T., Fält, L.M., Hoy, T., Knarud, R., Steel, R. and Cuevas, J.L. (1993). " Sedimentary architecture of field analogues for reservoir information (SAFARI) : a case study of the fluvial Escanilla Formation, Spanish Pyrenees" . Spec. Publs Int. Ass. Sediment, 15, p. 57-80.

Dromart, G., Garcia, J.P., Allemand, P., Gaumet, F. and Rousselle, B. (2002). " A Volume-Based Approach to Calculation of Ancient Carbonate Accumulations ". Journal of Geology, 110 (2), p. 195-210.

Dubrule, O. (1989). " A review of Stochastic Models for Petroleum Industry ", Geostatistics, M. Amstrong (ed.), 493-506, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

Dubrule, O. (2003). " Geostatistics for Seismic Data Integration in Earth Models ", Distinguished Instructor Short Course (DISC) N°6, EAGE.

Du Fornel, E. (2003). " Reconstitution sédimentologique tridimensionnelle et simulation stratigraphique du système turbiditique éocène - oligocène des Grès d'Annot (Alpes méridionales) ". Thèse de doctorat en Sciences de la Terre de l’Université de Rennes 1, 243 p.

Du Fornel, E., Joseph, P., Desaubliaux, G., Eschard, R., Guillocheau, F., Lerat, O., Muller, C., Ravenne, C. and Sztrakos, K. (2004). " The southern Grès d’Annot Outcrops (French Alps): an attempt at regional correlation ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 137-160.

Eschard, R., Tveiten, B., Desaubliaux, G., Lecomte, J.C. and Van Buchem, F. (1993). " High-resolution sequence stratigraphy and reservoir prediction of the Brent Group (Tampen Spur Area) using an outcrop analogue (Mesa Verde Group, Colorado) ". In : Eschard R. and Doligez B. (eds.), "Subsurface Reservoir Characterization from Outcrop Observations", Technip Éditions, p. 35-52.

Eschard, R., Lemouzy, P., Bacchiana, C., Desaubliaux, G., Parpant, J. and Smart, B. (1998). " Combining Sequence Stratigraphy, Geostatistical Simulations, and Production Data for Modeling a Fluvial Reservoir in the Chaunoy Field (Triassic, France), AAPG Bull., v. 82, n° 4, April 1998, p. 545-568.

Espitalié, J., Deroo, G. and Marquis, F. (1985). " La pyrolyse Rock-Eval et ses applications (1) ". Revue de l’IFP, 40, p. 563-579.

Euzen, T., Joseph, P., Du Fornel, E., Lesur, S., Granjeon, D. and Guillocheau, F. (2004). " Three-dimensional stratigraphic modelling of the Grès d’Annot system, Eocene-Oligocene, SE France ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 161-180.

Flemings, P.B. and Jordan, T.E. (1989). " A synthetic stratigraphic model of foreland basin development ". J. Geophys. Res., 94, p. 3851-3866.

Garcia, D., Joseph, P., Marechal, B. and Moutte, J. (2004). " Patterns of geochemical variability in relation to turbidite facies in the Grès d’Annot Formation ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 349-365.

Geehan, G.W. and Pearce, A.J. (1994). " Geological Reservoir Heterogeneity Databases and Their Application to Integrated Reservoir Description ". In : " North Sea Oil and Gas Reservoirs III ", Kluwer Academic Publishers, p. 131-140.

Bibliographie

105

Gjelberg, J. and Helland-Hansen, W. (1993). " High Resolution Sequence Stratigraphy of the Roda Sandstone – Application for reservoir Intervals of the Norwegian Shelf ". Forum of the Norwegian Petroleum Society " Sequence Stratigraphy: Advances and Applications for Exploration and Production in North West Europe ", Stavanger (Norway), 1-3 February 1993, Abstracts p. 49.

Granjeon, D. (1997). " Modélisation stratigraphique déterministe : conception et applications d’un modèle diffusif 3D multilithologique ". Thèse de doctorat en Sciences de la Terre de l’Université de Rennes 1, Mémoires de Geosciences – Rennes n° 78, 197 p.

Granjeon, D., Joseph, P., Lafont, F., et Guillocheau, F. (1994). " Quantification de l'eustatisme haute-fréquence et de la subsidence par analyse de l'espace disponible. Application au bassin d'avant-pays sud-pyrénéen (région de Jaca, Éocène) ". C.R. Acad. Sci. Paris, t. 319, série II, p. 1071-1077.

Granjeon, D. and Joseph, P. (1999). " Concepts and applications of a 3-D multiple lithology, diffusive model in stratigraphic modeling ". In : Harbaugh, J.W. et al. (eds), "Numerical Experiments in Stratigraphy : Recent Advances in Stratigraphic and Sedimentologic Computer Simulations", SEPM Sp. Publ. No. 62, p. 197–210.

Guérillot, D., Rudkiewicz, J.L., Ravenne, C., Renard, G. and Galli, A. (1990). " An integrated model for computer-aided reservoir description : from outcrop study to fluid flow simulation ". Revue de l'IFP, 45, 1, p. 71-77.

Guillocheau, F. (1991). " Modalités d’empilement des séquences génétiques dans un bassin de plate-forme (Dévonien armoricain) : nature et distorsion des différents ordres de séquences de dépôts emboîtées ". Bull. Centres Rech. Explor.-Prod. Elf Aquitaine, 15, 2, p. 383-410.

Guillocheau, F. (1995). " Nature, rank and origin of Phanerozoic sedimentary cycles ". C.R. Acad. Sci. Paris, t. 320, Série II a, p. 1141-1157.

Guillocheau, F., Quéméner, J.M., Robin, C., Joseph, P. and Broucke, O. (2004). " Genetic units / parasequences of the Annot turbidite system, SE France ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 181-202.

Haas, A. and Dubrule, O. (1994). " Geostatistical inversion - a sequential method of stochastic reservoir modelling constrained by seismic data ", First Break, v. 12, n° 11, November 1994, P. 561-569.

Haldorsen, H.H., and Damsleth, E. (1990). " Stochastic Modeling ", J. of Petroleum Technology, April 1990, v. 42, no. 4, p. 404-412.

Haldorsen, H.H., and MacDonald, C.J. (1987). " Stochastic Modelling of Underground Reservoir Facies (SMURF) ", paper SPE 16751.

Hardy, S., Gawthorpe, R. and Ritchie, B. (1999). " Three dimensional numerical modelling of sediementation and sequence stratigraphy ". In : S.J. Lippard, A. Naess, and R. Sinding-Larsen (eds), Proceedings of the 5th Annual Conference of the International Association of Mathematical Geology, vol. 2, p. 521-525, 6-11 August 1999, Trondheim (Norway).

Hewett, T.A., and Behrens, R.A. (1988). " Conditional Simulation of Reservoir Heterogeneity with Fractals ", paper SPE 18326 presented at the 1988 SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Houston, Oct. 2-5.

Homewood, P., Guillocheau, F., Eschard, R. et Cross, T.A. (1992). " Corrélations haute résolution et stratigraphie génétique : une démarche intégrée ". Bull. Centres Rech. Explor.-Prod. Elf Aquitaine, 16, 2, p. 357-381.

Homewood, P.W., Mauriaud P. and Lafont, F. (2000). " Best Practices in Sequence Stratigraphy for Explorationists and Reservoir Engineers. [Vade-mecum de Stratigraphie séquentielle pour géologues, géophysiciens et ingénieurs réservoir]. ". Elf EP Editions, Mémoire 25, 81 p.

Hsü, K.J. (1989). " Physical principles of sedimentology ". Springer Verlag, Berlin, 233 p. Hu, L.Y., Joseph, P. and Dubrule, O. (1994). " Random Genetic Simulation of the Internal Geometry of

Deltaic Sand Bodies ". SPEFE December 1994, p. 245-250. Hugot, A. (2000). " Modélisation des écoulements gravitaires catastrophiques par une approche objet

dynamique : érosion – transport – dépôt ". Thèse de doctorat en Géologie de l’Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), 410 p.

Hugot, A., Zaleski, S. and Joseph, P. (1999). " Dilute gravity flows : a phenomenological model in thin layer theory ". C.R. Acad. Sci. Paris, t. 327, Série II b, p. 457-462.

Hugot, A., Zaleski, S. and Joseph, P. (2000). " Phenomenological Modeling of Catastrophic Dilute Gravity Flows ". Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP, Vol. 55, No. 5, p. 471-483.

Hugot, A., Joseph, P., Savoye, B. et Zaleski, S. (2001). " Nouvelle modélisation des écoulements gravitaires sous-marins : application à l’effondrement de Nice de 1979 ". C.R. Acad. Sci. Paris, t. 333, Série II b, p. 133-139.

Bibliographie

106

Ikeda, J., Parker, G. and Sawai, K. (1981). " Bend theory of river meanders. Part 1. Linear development ". J. of Fluid Mechanics, 112, p. 263-377.

Imbrie, J., Hays, J. D., et al. (1984). " The orbital theory of Pleistocene climate: support from a revised chronology of the marine δ O18 record ". In : Milankovitch and climate. Berger, A., Imbrie, J., Hays, J., Kukla, G., Saltzman, B. 126.

Jacod, J., and Joathon, O. (1971). " Use of random genetic models in the study of sedimentary processes ". Math. Geology, Vol. 3, p. 265-279.

Jervey, M.T. (1988). " Quantitative geological modeling of siliciclastic rock sequences and their seismic expression ". In : C.K. et al. (eds). "Sea level changes : an integrated approach". SEPM Special Publication 42, p. 47-69.

Joseph, P., Hu, L.Y., Dubrule, O., Claude, D., Crumeyrolle, P., Lesueur, J.L. and Soudet, H.J. (1993). " The Roda Deltaic Complex (Spain) : From Sedimentology to Reservoir Stochastic Modelling ". In : Eschard R. and Doligez B. (eds.), "Subsurface Reservoir Characterization from Outcrop Observations", Technip Éditions, p. 97-109.

Joseph, P. and Dubrule, O. (1994). " From Sedimentology to Geostatistical Reservoir Modeling. The Roda, Cajigar and Poulseur Modeling Studies - Part 4 : Construction and Visualisation of the Reference Models : Roda ". In : Helbig K. (ed.), "Modeling the Earth for Oil Exploration", Final Report of the CEC’s GEOSCIENCE I Program 1990-1993, Pergamon Press Inc., Elsmford, p. 61-81.

Joseph, P. (1995). " Projet Étude des Affleurements : Modélisation 3D des Grès de Roda ". Rapport IFP 41831.

Joseph P., Rabineau M., Eschard R. and Benard F. (1995). " Quantification from satellite imaging of the sedimentary body geometry and facies distribution in the Senegal valley ". 17th Regional Meeting Sedimentology (IAS) / 5ème Congrès Français de Sédimentologie (ASF), Aix-les-Bains, 24-26 Avril 1995, Publication ASF n° 22, p. 83.

Joseph, P., Eschard, R., Doligez, B. and Granjeon, D. (1996). " 3D stratigraphic modelling : a new way to constrain geostatistical reservoir simulations ". 58th EAGE Conference and Technical Exhibition, Amsterdam (The Netherlands), 3-7 June 1996, Paper L045, 2 p.

Joseph, P., Bez, M., Eschard, R., Rabineau, M., Granjeon, D et Navarre, J.C. (1997). " Modélisation stratigraphique 3D bilithologique d'un champ pétrolier du delta du Niger ". 6ème Congrès Français de Sédimentologie, Montpellier, 17-19 nov. 1997, Publication ASF n° 27, p. 155-156.

Joseph P., Doligez B., Anant-Raksakul N., Caplan M. and Turpin P. (1999). " IFP/TOTAL Project : Integrated Reservoir Modelling in the Bongkot Field (Thailand) ". Rapport IFP 45296.

Joseph, P., Babonneau, N., Bourgeois, A., Cotteret, G., Eschard, R., Garin, B., Gomes De Souza, O., Granjeon, D., Guillocheau, F., Lerat, O., Quéméner, J.M. and Ravenne, C. (2000). " The Annot Sandstone outcrops (French Alps): architecture description as input for quantification and 3D reservoir modeling ". In : Weimer, P., Slatt, R.M., Coleman, J., Rosen, N.C., Nelson, H., Bouma, A.H., Styzen, M.J. & Lawrence, D.T. (eds), "Deep-Water Reservoirs of the World", SEPM CD-ROM Sp. Publ., 28, p. 422-449.

Joseph P. and Seguin J. (2000). " IFP TURBIDITES Consortium - 3D Turbiditic Reservoir Models in the Annot Sandstone outcrops (Southern Alps, France) – Well test modelling of the CIME DIEU DE DELFY site ". Rapport IFP 55716.

Joseph, P. and Ravenne, C. (2001). " Overview of the Grès d’Annot Basin ". In : Joseph, Lomas, Broucke, Clark, Gardiner, Guillocheau, McCaffrey, Ravenne, Robin & Stanbrook (eds). Guide Book for the Field Excursion of the Research Meeting “Turbidite Sedimentation in Confined Systems” held in Nice, 10-15 September 2001.

Joseph, P. (2002). " De l’affleurement au modèle de réservoir : application aux gisements en eaux profondes ". L’Hydrocarbure n° 223, p. 9-13.

Joseph, P. and Lomas, S.A. (2004). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Foreland Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems – an introduction ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 1-16.

Journel, A. and Alabert, F. (1990). " New Method for Reservoir Mapping ", J. of Petroleum Technology, Feb. 1990, v. 42, no. 2, p. 212-218.

Kendall, C.G.S.C., Moore, P., Strobel, J., Cannon, R., Perlmutter, M., Bezdek, J. and Biswas, G (1991). " Simulation of the sedimentary fill of basins ". In : Franseen E.K. et al. (eds). "Sedimentary modeling : computer simulations and methods for improved parameter definition". Kansas Geol. Surv. Bull., Lawrence, 233, p. 9-30.

Bibliographie

107

Kenyon, P.M. and Turcotte, D.L. (1985). " Morphology of a delta prograding by bulk sediment transport ". Geol. Soc. Am. Bull., 96, p. 1457-1465.

Koltermann, C.E. and Gorelick S.M. (1992). " Paleoclimatic signature in terrestrial flood deposits ". Science, 256, p. 1775-1782.

Koltermann, C.E. and Gorelick S.M. (1996). " Heterogeneity in sedimentary deposits : a review of structure-imitating, process-imitating, and descriptive approaches ". Water Resources Research, 32, 9, p. 2617-2658.

Laval, A., Cremer, M., Beghin, P., Ravenne, C. (1988). " Density surges.two-dimensional experiments ". Sedimentology, 35, p. 73-84.

Lawrence, D.T., Doyle, M. and Aigner, T. (1990). " Stratigraphic simulation of sedimentary basins : concepts and calibration ". AAPG Bull., 74, 3, p. 273-295.

Le Loc’h, G. and Galli, A. (1997). " Truncated plurigaussian method : theoretical and practical points of view ". In : Baafi et al. (eds), Geostatistics Wollongong 96, Vol. 1, Kluwer Acad. Publ., Dordrecht, The Netherlands, p. 211-223.

Lessenger, M.A. (1993). " A forward and inverse stratigraphic simulation model ". Ph. D. dissertation, Colorado School of Mines, 182 p.

Lopez, S. (2003). " Modélisation de réservoirs chenalisés méandriformes. Approche génétique et stochastique. ". Thèse de l’Ecole des Mines de Paris.

Lopez-Blanco, M., Marzo, M. and Munoz, J.A. (2003). " Low-amplitude, synsedimentary folding of a deltaic complex : Roda Sandstone (lower Eocene), South-Pyrenean Foreland Basin ", Basin Research, 13, p. 73-95.

Mackey, S.D. and Bridge, J.S. (1995). " Three-dimensional model of alluvial stratigraphy: theory and application ". J. Sedim. Res., B65, p. 7-31.

Mallet, J.L. (1992). " Discrete Smooth Interpolation in geometric modelling ". Computer Aided Design, v. 24, p. 178-191.

Marsily, G. de, Schafmeister, M.T., Delay, F. and Teles, V. (1998). " Some current methods to represent the heterogeneity of natural media in hydrogeology ". Hydrogeology Journal, 6, p. 115-130.

Matheron, G. (1971). " The theory of regionalized variables and its applications ", English translation of Les cahiers du Centre de Morphologie Mathématique, Fasc. 5, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Paris, 212 p.

Matheron G., Beucher H., De, Galli A., Guérillot D. and Ravenne C. (1987). " Conditional simulation of the geometry of fluvio-deltaic reservoirs ". In : 62nd Ann. Techn. Conf. and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers of AIME, Proceed., Dallas, Sept. 27-30 1987, SPE 16753, p. 591-599.

Miall, A.D. (1985). " Architectural-element analysis: A new method of facies analysis applied to fluvial deposits ". Earth. Sci. Rev., 22, p. 261-308.

Mitchum, R.M. Jr and Van Wagoner, J. C. (1991). " High-frequency sequences and their stacking patterns: sequence-stratigraphic evidence of high-frequency eustatic cycles ". Sedimentary Geology, 70, p.131-160.

Moraes, M.A.S., Blaskovski, P.R. and Joseph, P. (2004). " The Grès d’Annot as an analog for Brazilian Cretaceous sandstone reservoirs: comparing convergent to passive-margin confined turbidites ". In : Joseph P. & Lomas S.A.(eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New perspectives on the Grès d’Annot and related systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 419-437.

Mulder, T. (1993). " La vitesse du courant de turbidité de 1979 à Nice : apports de la modélisation ". C.R. Acad. Sci. Paris, t. 317, Série II a, p. 1449-1455.

Mulder, T. and Syvitski, J.P.M. (1995). " Turbidity currents generated at river mouths during exceptional discharges to the world oceans ". Journal of Geology, 103, p. 285-299.

Mulder, T., Savoye, B. and Syvitski, J.P.M. (1997). " Numerical modelling of a mid-sized gravity flow : the 1979 Nice turbidity current (dynamics, processes, sediment budget and sea floor impact ". Sedimentology, 44, p. 305-326.

Mulder, T. and Alexander, J. (2001). " The physical character of subaqueous sedimentary density flows and their deposits ". Sedimentology, 48, p. 269-299.

Murra y, A.B. and Paola, C. (1994). " A cellular model of braided rivers ". Nature, 371, p. 54-57. Mutti, E., Davoli, G., Tinterri, R. and Zavala, C. (1996). " The importance of ancient fluvio-deltaic systems

dominated by catastrophic flooding in tectonically active basins ", Memorie di Scienze Geologiche, Padova, 48, p. 233 - 291.

Bibliographie

108

Mutti, E., Tinterri, R., Remacha, E., Mavilla, N., Angella, S and Fava, L. (2000). " An introduction to the analysis of ancient turbidite basins from outcrop perspective ". AAPG Continuing Education Course Notes Series #39, American Association of Petroleum Geologists, Tulsa, 61 p.

Navarre, J.C. (1993). " Simulations géostatistiques d’une coupe synthètique du Mesa Verde avec les logiciels GIGA et HERESIM ". Rapport IFP 40935.

Nio, S.D. (1976). " Marine transgressions as a factor in the formation of sand wave complexes ". Geol.. Mijnbouw, 55, p. 18-40.

Nio, S.D. and Yang, C.S. (1991). " Sea-level fluctuations and the geometric variability of tide-dominated sandbodies ". Sed. Geology, 70, p. 161-193.

Nordlund, U. (1996). " Formalizing geological knowledge – with an example of modeling stratigraphy using fuzzy logic ". J. Sedim. Res., 66, 4, p. 689-698.

Paola, C. 2000. " Quantitative models of sedimentary basin filling ". Sedimentology, 47 (Suppl.1), 121-178. Parker, G., Fukushima, Y. and Pantin, H.M. (1986). " Self-accelerating turbidity currents ". J. Fluid Mech.,

171, p. 145-181. Pinheiro-Moreira, J.L. (2000). " Stratigraphie sismique et modélisation stratigraphique des dépôts de

l’Éocène du Bassin de Santos (marge brésilienne) ". Thèse de doctorat en Sciences de la Terre de l’Université de Rennes 1.

Piper, D.J.W. and Savoye, B. (1993). " Processes of Late Quaternary turbidity current flow and deposition on the Var deep-sea fan, north-west Mediterranean Sea ". Sedimentology, 40, p. 557-582.

Posamentier, H.W., Jervey, M.T. and Vail, P.R. (1988). " Eustatic controls on clastic deposition. I. Conceptual framework ". In : Wilgus C.K. et al. (eds). "Sea level changes - an integrated approach". SEPM Special Publication 42, p. 109-124.

Puigdefàbregas, C., Samso, J.M., Serra-Kiel, J. and Tosquella, J. (1985). " Facies analysis and faunal assemblages of the Roda Sandstone Formation, Eocene of the Southern Pyrenees ". Abstracts 6th Eur. Reg. Meet. IAS, Lleida, p. 639-642.

Puigdefàbregas, C. and Souquet, P. (1986). " Tecto-sedimentary cycles and depositional sequences of the Mesozoic and Tertiary from the Pyrenees ". Tectonophysics, 129, p. 173-203.

Puigdefàbregas, C., Gjelberg, J. and Vaksdal, M. (2004). " The Grès d’Annot in the Annot syncline: outer basin-margin onlap and associated soft-sediment deformation ". In : Joseph P. & Lomas S.A. (eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New Perspectives on the Grès d’Annot and Related Systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 367-388.

Quiquerez, A. (1999). " Le remplissage des bassins sédimentaires carbonatés. Contraintes géologiques et modélisations numériques ". Thèse de l’Université Joseph Fourier – Grenoble 1, 267 p.

Quiquerez, A., Allemand, P. and Dromart G. (2000). " DIBAFILL : a 3-D two-lithology diffusive model for basin infilling ". Computers & Geosciences, 26 (9-10), p. 1029-1042.

Rabineau, M. (1995). " Geological and geostatistical analysis of a meandering system from 3D seismic data ". MSc in Petroleum Geoscience, Imperial College of Science, Technology & Medicine, London, 22 p plus figures and appendices.

Rabineau, M. (2001). " Un modèle géométrique et stratigraphique des séquences de dépôt quaternaires sur la marge du Golfe du Lion : enregistrement des cycles climatiques de 100 000 ans ". Thèse de doctorat en Sciences de la Terre de l’Université de Rennes 1, 445 p.

Rabineau M., Joseph P., Granjeon D. et Eschard R. (1997). " Simulation stratigraphique 3D bilithologique d'un champ du delta du NIGER à l'aide du logiciel DIONISOS ". Rapport IFP 43678.

Rabineau, M., Berné, S., Aslanian, D., Olivet, J.L., Joseph, P., Guillocheau, F., Bourillet, J.F., Ledrezen, E. and Granjeon, D. (2004). " Sedimentary sequences in the Gulf of Lion : a record of 100,000 years climatic cycles ". Marine and Petroleum Geology, in press.

Ravenne, C. (2002). " Stratigraphy and Oil : A Review. Part 2 : Characterization of Reservoirs and Sequence Stratigraphy : Quantification and Modeling ". Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP, Vol. 57, No. 4, p. 311-340.

Ravenne, C., Vially, R., Riché, P. and Trémolières, P. (1987). " Sédimentation et tectonique dans le bassin marin Eocène supérieur-Oligocène des Alpes du Sud ". Revue de l'IFP, 42, 5, p. 529-553.

Ravenne, C., Eschard, R., Galli, A., Mathieu, Y., Montadert, L. and Rudkiewicz, J.L. (1989). " Heterogeneities and geometry of sedimentary bodies in a fluvio-deltaic reservoir ". Soc. Petrol. Eng. Formation Evaluation, June, p. 239-246.

Ravenne, C., Galli, A., Beucher, H., Eschard, R., Guérillot, D. et Heresim Group (1991). " Outcrop studies and geostatistical modelling of a middle Jurassic Brent analogue ". In : G. Imarisio, M. Frias, J.M. Bemtgen (eds). " The European Oil and Gas Conference’92 ", Palermo, Sicily, October 9-12 1990, Graham & Trotman, p. 497-520.

Bibliographie

109

Reading, H.G. (1996). " Sedimentary Environments, Facies and Stratigraphic Response ". Blackwell Science Publishers, Oxford, 688 p.

Renard, D. and Ruffo, P. (1993). " Depth, Dip and Gradient ". In : Soares A. (ed), " Geostatistics Troia ’92 ", Kluwer Academic Pub., Dordrecht, 1, p. 167-178.

Rivenaes, J.C. (1992). " Application of a dual-lithology, depth-dependent diffusion equation in stratigraphic simulation ". Basin Research, 4, p. 133-146.

Rothman, D.H. and Zaleski, S. (1997). " Lattice Gas Cellular Automata: Simple Models of Complex Hydrodynamics ". Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK.

Rudkiewicz, J.L., Guérillot, D. and Galli, A. (1990). " An Integrated Software for Stochastic Modelling of Reservoir Lithology and Property with an Example from the Yorkshire Middle Jurassic ". In : " North Sea Oil and Gas Reservoirs II ". Graham and Trotman Ltd., p. 399-406.

Sinclair, H. D., Coakley, B. J., Allen, P. A. and Watts, A. B. (1991). " Simulation of foreland basin stratigraphy using a diffusion model of mountain belt uplift and erosion: an example from the Central Alps, Switzerland ". Tectonics, 10, 3, p. 599-620.

Smith, R. (2004). " Silled sub-basins to connected tortuous corridors: sediment distribution systems on topographically complex sub-aqueous slopes ". In : Lomas, S. A. & Joseph, P. (eds). " Confined Turbidite Systems ". Geological Society, London, Special Publications, 222, p. 23-43.

Smith, R. and Joseph, P. (2004). " Onlap stratal architectures in the Grès d’Annot: geometric models and controlling factors ". In : Joseph P. & Lomas S.A. (eds). " Deep-Water Sedimentation in the Alpine Basin of SE France: New Perspectives on the Grès d’Annot and Related Systems ", Geological Society, London, Special Publications, 221, p. 389-399.

Srivastava, R.M. (1994). " An Overview of Stochastic Methods for Reservoir Characterization ".In : Yarus J.M. & Chambers R.L. (eds). " Stochastic Modeling and Geostatistics ". AAPG Computer Applications in Geology, No. 3., p. 3-16.

Stanley, D.J. (1975). " Submarine canyon and slope sedimentation (Grès d'Annot) in the French Maritime Alps ". Proc. IX Intern. Cong. Sediment., Nice, 129 p.

Strebelle, S. and Journel, A. (2000). " Sequential simulation drawing structures from training images ". In : Kleingeld and Krige (eds). Geostatistics 2000, Cape Town, Vol. 1.

Syvitski, J.P.M., Smith, J.N., Calabrese, E.A. and Boudreau, B.P. (1988). " Basin sedimentation and the growth of prograding deltas ". J. Geophys. Res., 93, C6, p. 6895-6908.

Teles, V., Bravard, J.P., Marsily, G. de, and Perrier E. (2001). " Modelling of the construction of the Rhône alluvial plain since 15 000 years BP ". Sedimentology, 48, p. 1209-1224.

Tesson, M., Allen, G.P. et al. (1993). " Late Pleistocene shelf-perched lowstand wedges on the Rhône continental shelf. Sequence stratigraphy and facies associations ". In : Posamentier, H.W., Summerhayes, C.P., Haq, B.A. and Allen, G.P. IAS Spec. Pub. 18, Blackwell Sci. Pub., Oxford, p. 183-196.

Tetzlaff, D.M. and Harbaugh, J.W. (1989). “Simulating Clastic Sedimentation”. Van Nostrand Reinhold, New York, 202 p.

Ungerer, P., Bessis, F., Chenet, P.Y., Durand, B., Nogaret, E., Chiarelli, A., Oudin, B. & Perrin, J.F. (1984). " Geological and Geochemical models in oil exploration : Principles and practical examples ". ". In : Murris R.J. & Demaison G. (eds). " Petroleum Geochemistry and Basin Evaluation ", AAPG Memoir 35, p. 53-77.

Vail, P.R., Mitchum, R.M. Jr, Todd, R.G., Widmeri, J.W., Thompson, S. III, Sangree, J.B., Bubb, J.N. and Hatefield, W.G. (1977). " Seismic stratigraphy and global changes of sea-level ". In : Payton, C.E (ed). " Seismic stratigraphy : application to hydrocarbon exploration". AAPG Memoir 26, p. 49-212.

Van Wagoner, J.C. et al. (1990) : “ Siliciclastic Sequence Stratigraphy in Well Logs, Cores and Outcrops “, AAPG Methods in Exploration Series, No. 7, 55 p.

Vennin, E., Van Buchem, F.S.P., Joseph, P., Gaumet F., Sonnenfeld, M., Rebelle M., Fakhfakh-Ben Jemia, H. and Zijlstra, H. (2003. " A 3D Outcrop Analogue Model for Ypresian Nummulitic Carbonate Reservoirs : Jebel Ousselat, Northern Tunisia ". Petroleum Geoscience, Vol. 9, No. 2, p. 145-161.

Viseur, S. (2004). " Caractérisation de réservoirs turbiditiques : simulations stochastiques basées-objet de chenaux méandriformes ". Bull. Soc. Géol. Fr., 175, 1, p. 11-20.

Walker, R.G. (1984). " General introduction : facies, facies sequences and facies models ". In : Walker, R.G. (ed). “ Facies Models ”, Geoscience Canada Reprint Series 1, p. 1-9.

Walker, R.G. and James, N.P. (1992). “ Facies Models : Response to Sea Level Change ”, Geological Association of Canada, 409 p.

Weber, K.J. and van Geuns, L.C. (1990). " Framework for Constructing Clastic Reservoir Simulation Models ". J. of Petroleum Technology, Oct. 1990, p. 1248-1297.

Bibliographie

110

Walther, J. (1894). " Einleitung in die Geologie als Historische Wissenschaft, Bd. 3, Lithogenesis der Gegenwart ". Fisher Verlag, Jena, p. 535-1055.

Warrlich, G.M.D., Waltham, D.A. and Bosence, D.W. (2002). " Quantifying the sequence stratigraphy and drowning mechanisms of atoll using a new 3-D forward stratigraphic modelling program (CARBONATE 3D) ". Basin Resarch, 14, p. 379-400.

Wheeler, H.E. (1958). " Time stratigraphy ". Bull. AAPG, 42, p. 1047-1063. Yang, C.S. and Nio, S.D. (1989). " An ebb-tide delta depositional model - a comparison between the modern

Eastern Scheldt tidal basin (southwest Netherlands) and the Lower Eocene Roda Sandstone in the southern Pyrenees (Spain) ". Sed. Geology, 64, p. 175-196.

Zeng, J. and Lowe, D.R. (1992). " A numerical model for sedimentation from highly concentrated multi-sized suspensions ". Math. Geol., 24, p. 393-415.

LISTE DES SIGLES AAPG : American Association of Petroleum Geologists AFTP : Association Française des Techniciens du Pétrole ARTEP : Association de Recherche sur les Techniques d’Exploitation du Pétrole ASF : Association des Sédimentologistes Français BEICIP : Bureau d’Études Industrielles et Commerciales de l’Institut du Pétrole CDDP : Centre Départemental de Documentation Pédagogique CEC : Commission of the European Communities CEE : Communauté Economique Européenne CEMAGREF : CEntre national du Machinisme Agricole, du Génie Rural, des Eaux et Forêts CEPM : Comité d'études Pétrolières et Marines CFP : Compagnie Française des Pétroles CNRS : Centre National de la Recherche Scientifique DHYCA : Direction des HYdroCArbures DIONISOS : DIffusion Oriented Normal & Inverse Simulation Of Sedimentation EAGE : European Association of Geoscientists and Engineers EEC : European Economic Community ENSMP : Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris ENSPM : Ecole Nationale Supérieure du Pétrole et des Moteurs FSH : Fonds de Soutien aux Hydrocarbures GENEBASS : GEnèse des BASsins Sédimentaires GIS : Groupement d’Intérêt Scientifique HERESIM : HEterogeneous REservoir SIMulation IAS : International Association of Sedimentologists IFP : Institut Français du Pétrole IFREMER : Institut Français pour la Recherche et l'Exploitation de la Mer IGAL : Institut Géologique Albert de Lapparent ORSTOM : Office de la Recheche Scientifique et Technique d'Outre-Mer SEPM : Society of Economic Paleontologists and Mineralogists SNEA(P) : Société Nationale Elf Aquitaine (Production) SPE : Society of Petroleum Engineers

Documents

Caractérisation, quantification et modélisatoin ... · Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire ont été effectués au sein du groupe Géologie de ... Claude Loret,