Speaker: Danielle-Rita Pajiep-Ngongang

Date: Thursday 16th of February 2023, 1:15pm.


L’évaluation des risques liés à la présence d’ouvrages souterrains (carrières, mines, cavités naturelles) en cours d’exploitation et/ou abandonnés pose légitimement la question de la stabilité dans le temps de ces ouvrages. En janvier 1910 est survenu l’effondrement de la carrière souterraine dite « Beaulieu », située dans la commune de Château Landon (département de la Seine-et-Marne), après une série de précipitations et la forte crue du cours d’eau en pied de carrière. Avec le changement climatique et devant le risque de crues exceptionnelles et les conséquences possibles d'instabilités de ces ouvrages souterrains, l’Ineris a décidé d’approfondir les connaissances actuelles afin de pouvoir prédire l’ampleur et l’impact en surface de ces instabilités. Pour ce faire la carrière de craie « Royer » à Château Landon (77) a été sélectionnée car elle présente de fortes similitudes géologiques et géotechniques avec la carrière voisine Beaulieu qui s’est effondrée. Le comportement de cette craie a fait l’objet de plusieurs études expérimentales au sein de l’Ineris notamment dans la thèse de Lafrance (2016). Toutefois très peu de données ont pu être collectées en raison de sa forte sensibilité à l’eau. Les principaux objectifs de mes travaux visent donc à l’amélioration des connaissances du comportement hydromécanique de cette craie lorsqu’elle est soumise à des sollicitations hydromécaniques et au développement d’une approche de modélisation numérique pertinente pour l’analyse de la stabilité à long terme des cavités exposées à des conditions environnementales complexes.

Speaker: Christophe Reype

Date: Thursday 9th of February 2023, 1:15pm.


The analysis of hydrogeochemical data aims to improve the understanding of mass transfer in the sub-surface and the Earth's crust. This work focuses on the study of fluid-fluid interactions through fluid mixing systems, and more particularly on the detection of the compositions of the mixing sources. The detection is done by means of a point process: the proposed model is unsupervised and applicable to multidimensional data.

    Physical knowledge of the mixtures and geological knowledge of the data are directly integrated into the probability density of a Gibbs point process, which distributes point patterns in the data space, called the Hug model. The detected sources form the point pattern that maximises the probability density of the Hug model. This probability density is known up to the normalisation constant. The knowledge related to the parameters of the model, either acquired experimentally or by using inference methods, is integrated in the method under the form of prior distributions. The configuration of the sources is obtained by a simulated annealing algorithm and Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods. The parameters of the model are estimated by an approximate Bayesian computation method (ABC).
    First, the model is applied to synthetic data, and then to real data. The parameters of the model are then estimated for a synthetic data set with known sources. Finally, the sensitivity of the model to data uncertainties,  to parameters choices and to algorithms set-up is studied.

Speaker: Behshad Koohbor

Date: Thursday 2nd of February 2023, 2:30pm.


The modelling of flow, mass/heat/phase transport in fractured porous media is of great interest to engineers and geoscience researchers. As a young researcher with a growing research career, I have been greatly interested in the general topic of environmental fluid mechanics (i.e. with a focus on mathematical modelling and regards to experimental studies) I would like to present my educational and research background, current activity and future research perspectives. The first part of the presentation will be on my research project during my Ph.D. studies at the University of Strasbourg on the topic of simulation of seawater intrusion and flow in variably saturated fractured porous media. Then, a brief description of my postdoctoral research project at BRGM (the French Geological Survey), Orleans, France will be presented. The topic mainly focuses on the numerical and experimental study of the evolution of electrical resistivity and multiphase flow in porous media for the monitoring of contamination and remediation of NAPLs. The second part of the presentation will be related to one of the projects that I am involved in HydroSciences Montpellier related to the numerical application of hydro-geophysics in karst media. And finally, a few insights related to my personal future research interests related to developing an ensemble of criteria for choosing the most relevant approach when simulating flow and transport processes in fractured porous media.

Speaker: Mustapha Zakari

Date: Thursday 26th of January 2023, 1:15pm.

Numerical models are powerful tools to forecast the behavior of aquifers and subsurface reservoirs. In these numerical models, geological grids approximate the subsurface geometry with structured or unstructured meshes. Because structured grids lead to relatively simple and efficient flow simulation algorithms, they have become the industrial standard to approximate geometries in reservoir modeling. Unstructured grids can produce more accurate geometries of complex geological features and are more flexible to mesh the simulation domain adaptively than Cartesian or Corner Point Grids (CPG). However, explicitly accounting for fine-scale heterogeneity leads to a number of grid cells too large to be directly manageable by flow solvers. Upscaling methods were developed to coarsen geological grids in order to produce manageable grids for flow simulations. Most upscaling methods were developed for structured grids. Here we propose a new upscaling strategy to upscale unstructured grids to non matching structured grids. It combines a control volume finite element (CVFE) method to compute fine scale pressure values and an incremental mesh intersection algorithm to upscale flow information to a non matching coarser structured grid. The intersection algorithm is inspired from computational geometry algorithms. We introduce upscaling methods and present our CVFE solver and mesh intersection algorithm. We apply the upscaling strategy to first geological grids. The obtained results are discussed and first conclusions are then presented.

Speaker: Paul Cupillard

Date: Thursday 19th of January 2023, 1:15pm.


Tectonic processes and the industrial exploitation of the subsurface induce brittle deformations in the earth crust, leading to fractures at all scales. Geological observations have evidenced that a power law is appropriate to describe the density of a fracture set as a function of the fracture size. Nevertheless, for either theoretical or computational reasons, studies on seismic wave propagation in fractured media have been restricted to a short range of fracture sizes so far. In particular, effective medium theories all rely on an Elementary Representative Volume (ERV) consisting of a host matrix in which cracks are included. Assuming the ERV small with respect to the wavelength, then it is in a quasi-static regime of stress so that techniques from micromechanics can be used to compute an equivalent medium.
In the frame of a 18-month post-doc, Anaïs Ibourichène started working on the application of the non-periodic homogenization method to fractured media to go beyond the ERV setting and explore the effect of a wide distribution of crack sizes on seismic wave propagation. I here present the preliminary results obtained by Anaïs in 2D. First, the effective properties computed using the homogenization in the case of Eshelby problems are compared to analytical solutions provided by various effective medium theories. Then, the homogenization is applied to a synthetic mass rock which contains different fracture sets, each set being characterized by a length l (up to λmin/4) and a density d ∼ l−3. Finally, some short-term and long-term perspectives of this work are discussed.

Speaker: Jeremie Giraud

Date: Thursday 12th of January 2023, 1:15pm.


We present a case study using geological and geophysical data from the Western Pyrenees. We use an inversion algorithm integrating an automated geological modelling component to perform geometrical gravity inversion. Starting from a pre-existing geological model of the study area, we deform it using our inversion algorithm to fit the gravity data while accounting for geological data to maintain geological realism. We then investigate different geological scenarios through the removal or insertion of rock units and consider uncertainties in the recovered geometries using a series of geophysically equivalent models generated with the so-called Hamiltonian null-space shuttles.

The area we consider is located in the subduction zone forming the western Pyrenees across France and Spain in a region centred on the Mauleon basin. The subduction was generated during the Iberian and Eurasian collision, with a probable partial uplift of the upper mantle. Using a geophysical inversion driven approach, we focus on the potential presence of shallow mantle material. We assess the geophysical consistency of different geological and geophysical scenarios using the null-space shuttles to transition between several geophysically valid yet geologically different models. Results corroborate previous hypotheses about the presence of a probable mantle wedge, but suggest that its interpreted geometry may need to be revisited.


Speaker: Long Cheng

Date: Thursday 5th of January 2023, 1:15 pm.

Abstract: La modélisation des processus d’endommagement et de leur transition vers la rupture dans les structures quasi fragiles font de plus en plus appel à des approches variationnelles dédiées. Ces méthodes s’interprètent comme des modélisations reposant sur des lois d’endommagement régularisées par introduction du gradient de la variable d’endommagement. Elles s’avèrent très efficaces pour bien prédire les réponses de diverses structures, même dans des régimes d’adoucissement induit par l’endommagement où des phénomènes de localisation de la déformation surviennent. Malgré les nombreux succès, l’applicabilité en géomécanique de ces modèles à gradient d’endommagement couplés avec la poromécanique reste encore à développer. Un prototype de géomatériau concerné est l’argilite du callovo-oxfordien, roche hôte retenue par les autorités françaises pour l’étude de la faisabilité d’ouvrages de stockage souterrain de déchets à haute activité et à vie longue. Dans le cadre du projet BigBen, on y distingue des fractures ouvertes et des fractures dites de cisaillement dont l’amorçage et la propagation restent encore un sujet très largement débattu. Les difficultés de modélisation rencontrées sont liées non seulement à la pertinence de modèles mécaniques disponibles, mais également aux limitations des outils de simulations numériques associés, généralement de nature incrémentale. Outre les contraintes de compression rencontrées in situ, ces limitations peuvent être exacerbées par l’éventuelle nécessité de prendre en compte des couplages hydromécaniques liés à la présence d’un fluide saturant le milieu hôte.

Speaker: Antoine Barbe

Date: Thursday 15th of December 2022, 1:15 pm.

La propagation répétée de ruptures sur les failles actives conduit à la formation de reliefs cumulés mais implique également des interactions complexes, en particulier dans le domaine offshore. Ici, nous examinons l'expression sous-marine de la déformation tectonique du talus continental et du bassin adjacent au large de Boumerdès et de Jijel (Algérie), régions qui ont subi deux séismes majeurs (magnitudes 6,9 en 2003 et 7½ en 1856). Nous utilisons des méthodes d'identification basées sur le SIG combinées à la réalité virtuelle (RV) pour explorer la manière dont les chevauchements actifs causés par l’inversion tectonique de la marge modifient l’érosion par les canyons sur la pente et génèrent des anomalies topographiques et des bassins sédimentaires depuis le Pliocène. La RV apporte des avantages considérables dans cet environnement sous-marin en facilitant les changements d'échelle, la corrélation des marqueurs, les mesures de la déformation cumulée, et en "éduquant" l'œil de l'observateur. La corrélation des marqueurs le long et en travers des chevauchements (formes convexes ou concaves des principales ruptures de pente (knickpoint) dans les profils longitudinaux des canyons et leur continuité latérale, distribution des cicatrices de glissement, strates de croissance des bassins perchés, décalages des réflecteurs sur les coupes sismiques parallèles à la convergence) nous permet d'évaluer la position probable des chevauchements actifs à pendage sud près de la surface, de caractériser les rejets cumulés et d'estimer le début de l'inversion et les taux de glissement moyens. Nos résultats montrent (1) des changements géométriques des pendages des failles inverses, expliquant le décalage vers le nord de l’affleurement de la faille de Boumerdès et une variation latérale de la hauteur des escarpements; (2) une ramification des systèmes de failles, formant ainsi des bassins perchés en escalier ; (3) une initiation des chevauchements au Pliocène supérieur, avec une propagation des rampes de chevauchement vers l'océan; (4) une empreinte géomorphologique visible de la tectonique, malgré des taux de déformation cumulés faibles (de l’ordre de 0.9 ± 0.5 mm/an). Les failles inverses sur le secteur de Jijel montrant des replats moins marqués et émergeant plus bas en pied de marge, elles ne forment pas d’escarpements marqués en fond de mer mais seulement un graben bordé de failles normales en réponse au glissement gravitaire des séries sédimentaires plio-quaternaires sur le niveau de décollement du sel messinien. Ces résultats clarifient les relations tectonique - érosion - sédimentation et peuvent améliorer l’anticipation des aléas naturels sur ces zones côtières. A la suite de cette présentation, je parlerais de mon sujet de thèse "Bilan énergétique, contraintes et déformations à l’échelle du cycle sismique dans la partie frontale des marges en subduction" et des perspectives de ce projet.

Speaker: Fabrice Taty-Moukati

Date: Thursday 8th of December 2022, 1:15 pm.

L'interprétation sismique des failles géologiques est très importante pour la construction des modèles structuraux. Du fait que les structures dominantes sur les images sismiques proviennent des évènements de réflexions correspondant aux horizons géologiques, l'interprétation sismique peut être réalisée en calculant une image de probabilité d'existence de failles. Une telle image met en évidence la présence des failles tout en supprimant les évènements de réflexion. De nombreuses méthodes parmi lesquelles les réseaux de neurones ont été proposées et ont donné des résultats assez convaincants. Cependant, les approches récentes ne fournissent que le meilleur modèle d'interprétation. Le but ce travail est de quantifier les incertitudes liées au nombre et à la connectivité des failles honorant une image de probabilité de faille, étant donné que les réseaux de failles possibles peuvent produire différents résultats en termes de comportement de subsurface. Nous proposons une méthode qui se dit rigoureuse pour évaluer les incertitudes liées à l'interprétation des failles sur des images sismiques. Il s’agit d’une approche mathématique provenant de la modélisation en géométrie stochastique, appelée processus ponctuels marqués. Dans le contexte des processus ponctuels marqués, un réseau de faille en deux dimensions peut être vu comme un ensemble de segments en interaction qui évoluent dans un espace deux dimensions. Les segments ont des longueurs et des orientations aléatoires. Leur distribution dans l’espace est contrôlée par une distribution de probabilité de Gibbs, composée de deux termes : un terme d’attache aux données, similaire à une probabilité locale, permet de localiser les traces de failles dans les régions ayant des fortes probabilités de présence de failles. Le deuxième terme, appelé terme d’énergie d’interaction, similaire à un terme de régularisation, permet d’aligner et de connecter les segments afin de former une faille. Afin d’échantillonner des réseaux «réalistes» à partir de cette distribution de probabilité, on utilise un algorithme de Metropolis-Hastings couplé d’une méthode de relaxation (recuit simulé). Ce schéma de relaxation est utilisé dû au fait que les segments qui approximent le réseau de failles doivent être ceux qui maximise la distribution de probabilité de faille construite. Nous appliquons l’approche proposée sur une image extraite d’un cube sismique Volve fournie par Equinor, et présentons quelques résultats préliminaires.