L’analyse structurale

Les données d’imagerie et plus généralement de géophysique de subsurface permettent la reconnaissance des grands linéaments, qu’ils soient d’origine tectonique ou pétrographique. Deux méthodes ont été combinés afin d’identifier les grands traits structuraux des zones affleurantes : le tracé de linéament sur imagerie satellite et le levé aéromagnétique.

3.1.1. Le tracé de linéaments

Les failles sont détectables dans le paysage car elles localisent souvent des ruptures de pente et contrôlent partiellement l’organisation du réseau hydrographique. Ainsi, l’étude des données d’élévation fourni par imagerie permet d’appréhender le réseau de failles à l’affleurement par le tracé des linéaments structuraux (O’Leary et al.,

1976 ; El Hadani, 1977 ; Akame et al., 2013).

Dans les deux zones d’études, les données d’élévation sont tirés de la base de données BD Alti® de l’IGN qui offre une résolution de 25 m, sur lesquelles a été superposé le réseau hydrographique (Figure 3.2). La perception du relief est ensuite accentuée à l’aide d’un ombrage simulé à 45° par rapport à l’horizon. A ce stade, les irrégularités morphologiques perpendiculaires à la direction de l’éclairage sont mises en évidence, contrairement à celles qui lui sont parallèles (Figure 3.2). Afin d’éviter la surinterprétation de certaines directions structurales, 4 directions d’éclairage à 90° chacune sont utilisés pour le tracé des linéaments.

3.1.2. Le levé aéromagnétique

Un levé aéromagnétique a été effectué sur les deux zones à l’affleurement et la zone de transition avec les fossés d’effondrement afin d’étudier la relation entre le socle affleurant sur les épaules du rift et sa continuité en profondeur. Dans ce manuscrit, seul le levé aéromagnétique effectué dans les Vosges sera présenté. Ce levé, combine deux campagnes d’acquisition : 1) le levé de la carte géologique de Saint-Dié effectué par l’Université de Strasbourg et le levé de la zone reliant cette carte au PER de Strasbourg effectué par Fonroche Géothermie.

Le principe du levé aéromagnétique consiste en la cartographie des anomalies du champ magnétique créées par un champ d’aimantation local comparé au champ magnétique global terrestre. Dans les roches, l’aimantation à l’origine de ces anomalies peut avoir deux origines : 1) l’aimantation rémanente qui est permanente, indépendante du champ magnétique terrestre actuel et qui est enregistré lors de la cristallisation des minéraux. Son intensité est relativement faible, excepté dans les roches qui contiennent une grande quantité de minéraux ferromagnésiens, 2) l’aimantation induite qui correspond à la variation réversible de l’aimantation géomagnétique proportionnelle à la susceptibilité magnétique des minéraux.

Pour la mesure aéroportée, la phase d’acquisition consiste à effectuer une série de vols parallèles et équidistants et une série de transverses perpendiculaires à altitude constante (Figure 3.3). Le signal magnétique mesuré le long des profils est récupéré et corrigé de l’altitude, des effets liés à la topographie et au signal anthropique (lignes haute-tension, chemin de fer,…), ainsi que celui lié à l’appareil de vol. La carte d’anomalie magnétique est alors extrapolée des profils parallèles, les vols transverses permettant un

recalage précis entre les lignes de vols. On obtient alors la carte d’anomalie du champ magnétique totale où la forme et la phase des anomalies dépend de l’inclinaison magnétique et de la présence éventuelle d’aimantation rémanente (Figure 3.4a). Cette anomalie est ainsi dépendante des susceptibilités magnétiques des formations et de la distance entre les formations et le capteur.

Figure 3.3 : lignes de vol effectuées au dessus de la zone affleurante des Vosges pour le levé aéromagnétique effectué par Fonroche Géothermie.

Divers traitements sont ensuite effectués afin de faire ressortir les structures magnétiques présentes dans le sous-sol (Salem et al., 2007 ; Bouiflane, 2008):

- La réduction aux pôles : elle permet de recentrer l’anomalie sur la structure qui en est à l’origine (Figure 3.4b).

- La dérivée verticale : elle permet d’amplifier les courtes longueurs d’ondes des anomalies et permet ainsi de mieux faire ressortir les anomalies faibles ou rapprochées ainsi que les limites des structures magnétiques (Figure 3.4c).

- Le tilt-angle est une dérivée basée sur un ratio entre les dérivées verticales et horizontales de l’anomalie réduite aux pôles, qui donne une estimation des profondeurs de la source de l’anomalie avec l’hypothèse d’une structure verticale (Figure 3.4d).

Figure 3.4 : exemples d’anomalie du champ magnétique et des traitements présentés dans cette étude : a) anomalie du champ total, b) anomalie réduite aux pôles, c) dérivée

verticale première, d) tilt-angle.

3.1.3. L’échelle de terrain

Sur le terrain, pour rester objectif dans la mesure des paramètres de description de l’organisation des éléments structuraux, la méthode utilisée est la méthode de profil de fracturation, ou scanlines (SL) (Bonnet et al., 2001). Cette technique consiste à poser un décamètre le long de l’affleurement et à mesurer l’orientation, la longueur et la position de chaque structure (fracture, cœur de faille, filons,…) recoupant le décamètre. On s’affranchit ainsi du biais d’observation lié à l’orientation des fractures par rapport à la surface de l’affleurement, et on peut obtenir des données statistiques et précises sur la proportion relative des différentes familles de fractures (Figure 3.5). Il a notamment été démontré qu’il est nécessaire d’analyser de 100 à 200 fractures minimum par

affleurement ou profil pour obtenir des données statistiquement robustes (Ehlen, 2000 ;

Bonnet et al., 2001).

Figure 3.5 : exemple d’affleurement avec comptage des fractures le long d’un profil, mesure de leurs longueurs et estimation de leurs remplissages éventuels

En effectuant ces profils dans différentes zones, c’est à dire dans les différents compartiments entre les zones de failles, à différentes distances des cœurs de failles ou encore dans les zones d’intersections entre différentes familles directionnelles, il est ainsi possible de proposer une organisation spatiale des structures. La différence de réponse à la déformation des différentes lithologies peut également être appréhendée.

Ainsi, après avoir identifié l‘organisation macroscopique des potentiels réservoirs de socle à l’aide des études régionales, ces données vont permettre d’habiller le modèle conceptuel avec un réseau d’objets d’échelle métrique à centimétrique. Ces objets sont des schistosités, des cœurs de failles, des couloirs de fractures, ainsi que la fracturation secondaire associée aux failles principales. Il reste alors à définir les propriétés matricielles des différentes lithologies rencontrées. En effet, comme il a été défini dans le chapitre traitant des réservoirs dans les roches de socle (section 1.4), pour que ce type de roches ait des caractéristiques favorables, le développement d’une porosité et d’une perméabilité matricielle associées dans les zones de failles, et dans les horizons d’altération supergène, est indispensable. Pour caractériser et quantifier ces propriétés

dans les différentes lithologies, les techniques de mesure des propriétés pétrophysiques sont présentées dans la section suivante.

La combinaison de ces mesures et des analyses de fracturation permettra de définir les différents faciès pétro-structuraux dans les cœurs de failles, les zones endommagées et les protolithes, en fonction des différentes lithologies du socle, qui seront utilisés dans le modèle conceptuel de réservoir.