D8 Modélisation numérique géologique

Topique

La modélisation numérique géologique résout les équations différentielles qui régissent les processus physiques de la Terre solide sur une grille divisant le domaine spatial en un grand nombre d'éléments discrets, en utilisant la méthode des éléments finis, la méthode des différences finies ou la méthode des éléments de frontière, selon le problème. La modélisation numérique géologique est la seule méthode capable d'intégrer la complexité géométrique réelle de la Terre à la physique non linéaire de ses processus internes, permettant ainsi l'exploration d'un vaste espace de paramètres et la vérification d'hypothèses qui ne pourraient autrement être directement validées.

Un modèle d'écoulement mantellique résout les mêmes équations qui régissent l'écoulement d'un fluide visqueux incompressible, dont la viscosité n'est pas constante mais dépend exponentiellement de la température et de la pression en chaque point du manteau. Dans ce type de modèle, le gradient de pression en chaque point est compensé par la résistance visqueuse que le manteau lui-même oppose au mouvement, tandis que la conservation de la masse impose que l'écoulement mantellique ne comprime ni ne dilate la matière en aucun point de son parcours. L'échelle de temps de la viscosité du manteau terrestre est extrêmement longue, de l'ordre d'un milliard à cent milliards d'années, si longue que l'inertie du manteau est négligeable face à cette résistance visqueuse. C'est pourquoi le manteau s'écoule selon un régime dit de fluage, le même régime dans lequel le miel froid se déplace lorsqu'on le verse très lentement.

La modélisation dynamique de la rupture sismique résout les équations des ondes élastiques au sein du milieu rocheux, ainsi qu'une loi de frottement constitutive sur le plan de faille lui-même. Cette loi rend le frottement de la faille dépendant de la vitesse de glissement et de l'état interne de la faille, ou bien, une loi selon laquelle le frottement diminue à mesure que le glissement progresse. L'une ou l'autre de ces lois détermine l'évolution du frottement de la faille lors du glissement pendant un séisme.

La modélisation du transport sédimentaire utilise une loi reliant l'érosion fluviale au débit de l'eau et à la pente du chenal, ainsi que la diffusion, qui lisse les pentes au fil du temps, et des modèles décrivant le dépôt des sédiments dans un bassin, afin de simuler l'évolution d'un paysage entier sur des millions d'années. L'apprentissage automatique, utilisant des réseaux de neurones convolutifs et transformants, est désormais appliqué à la fois à la détection des phases sismiques au sein de sismogrammes continus, avec une précision supérieure aux capacités humaines, et à la classification lithologique automatique d'images de carottes de roche. Ceci, combiné aux modèles d'écoulement du manteau, de rupture sismique et de transport sédimentaire décrits précédemment, complète l'ensemble des outils permettant à la modélisation numérique géologique d'explorer des hypothèses autrement impossibles à vérifier – l'outil qui a ouvert cette description.

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