Impact d'une donnée géologique hétérogène dans la gestion des géo-ressources: analyse intégrée et valorisation de la stratigraphie à travers le bassin genevois (Suisse, France).

Thesis

Reference

Impact d'une donnée géologique hétérogène dans la gestion des géo-ressources: analyse intégrée et valorisation de la stratigraphie à

travers le bassin genevois (Suisse, France).

BRENTINI, Maud

Abstract

Depuis plusieurs générations, les géologues étudient la région genevoise. D'origines et d'époques différentes, les données acquises présentent un caractère hétérogène dévoilant des niveaux d'information, des terminologies et des méthodes d'analyses différentes. Il devient difficile de créer du lien entre les informations. Depuis 2013, le canton de Genève s'est fixé l'objectif de transformer son type de production énergétique avec l'exploitation d'énergies locales, propres et renouvelables. Au travers du programme GEothermie2020, il a engagé des recherches pour améliorer la connaissance du sous-sol genevois afin d'en évaluer son potentiel énergétique. Les premiers travaux se sont retrouvés limités par les faiblesses des infrastructures informatiques de gestion de données du service géologique du canton. Cette recherche a évalué l'impact de l'hétérogénéité des données géologiques dans la mise en place de nouvelles infrastructures informatiques et a proposé des solutions efficaces et pérennes. Une bonne gestion des géo-ressources du sous-sol passe par une bonne gestion des données.

BRENTINI, Maud. Impact d'une donnée géologique hétérogène dans la gestion des géo-ressources: analyse intégrée et valorisation de la stratigraphie à travers le bassin genevois (Suisse, France).. Thèse de doctorat : Univ. Genève, 2018, no. Sc. 5193

URN : urn:nbn:ch:unige-1034098

DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:103409

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:103409

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TERRE & ENVIRONNEMENT

Section des sciences de la Terre et de l’environnement, Université de Genève

Département F.-A. Forel des sciences de l’environnement et de l’eau

Département des sciences de la Terre

Impact d’une donnée géologique hétérogène dans la gestion des géo-ressources :

Analyse intégrée et valorisation de la stratigraphie à travers le bassin genevois (Suisse, France)

Maud BrenTini

2018

Volume 140

UNIVERSITÉ DE GENÈVE FACULTÉ DES SCIENCES

Section des Sciences de la Terre Prof. Andrea Moscariello

et de l'environnement

Département des Sciences de la Terre

Impact d’une donnée géologique hétérogène dans la gestion des géo-ressources:

Analyse intégrée et valorisation de la stratigraphie à travers le bassin genevois (Suisse, France).

THÈSE

Présentée à la Faculté des Sciences de l'Université de Genève

Pour obtenir le grade de Docteur ès Sciences, mention Sciences de la Terre

Par

Maud Brentini

de Genève (GE)

Thèse N° 5193

GENÈVE ReproMail

2018

Brentini M. : Impact d’une donnée géologique hétérogène dans la gestion des géo-ressources : Analyse intégrée et valorisation de la stratigraphie à travers le bassin genevois (Suisse, France).

Terre & Environnement, vol. 140, 230 pp. (2018)

Section des sciences de la Terre et de l’environnement, Université de Genève, 13 rue des Maraîchers, CH-1205 Genève, Suisse Téléphone ++41-22-379.66.28 – Fax ++41-22-379.32.11

http://www.unige.ch/sciences/terre/

ISBN 978-2-940472-41-3

3

« Trop de connaissance ne facilite pas les plus simples décisions »

- Frank Herbert

À Laure

I

REMERCIEMENTS

Je tiens tout d’abord à remercier le professeur Andrea Moscariello, directeur de ma thèse, qui m’a accompagnée tout au long de ces années de recherche et qui a toujours cru en moi, tout comme en ce projet.

Ce travail n’aurait jamais pu être possible sans le soutien du Service de géologie, sols et déchets de l’Etat de Genève. Merci pour leur financement ainsi que l’accueil chaleureux et l’intégration de la part de tous les collaborateurs du service avec lequel j’ai partagé mon lieu de travail. Un merci tout particulier à Nathalie Andenmatten et Sabrina Serier de m’avoir guidée, accompagnée, soutenue et même parfois remonté le moral grâce à leurs encouragements sans faille. Merci de tout cœur pour cette belle aventure qui n’aurait jamais vu le jour sans elles.

Je pense ensuite évidemment à Stéphanie Favre, amie et collègue, avec qui je me suis lancée dans ce projet de thèse à la suite de cinq mois de stage pour notre certificat de géomatique. Nous avons su convaincre et avancer ensemble sur nos problématiques respectives pour obtenir la belle récompense d’un projet engagé officiellement au Canton de Genève. Merci à toi Stéphanie pour cette riche collaboration et je te souhaite plein de belles choses pour la suite de tes aventures.

Ce projet m’a également permis de collaborer avec Elme Rusillon. Ensemble, nous pouvons dire que nous avons secoué la géologie régionale. Je tiens à te remercier pour tous ces moments de collaboration et de partage, que ça soit à Genève, dans le Jura, au Tessin ou encore en Valais. Une belle amitié s’est construite au travers de ce projet et nous mène aujourd’hui vers de futures collaborations et d’autres beaux moments à partager. Comme nous le disions souvent « faites un trou, faites un trou et …. ».

J’aimerais ensuite chaleureusement remercier Jean Charollais et Bruno Mastrangelo pour le temps qu’ils ont consacré pour nous (Elme, Nicolas et moi) accompagner sur le terrain et les nombreuses discussions que nous avons partagées sur la géologie régionale. Sans leur contribution la valeur de ce travail ne serait pas la même. Ils ont su me transmettre une partie de leur savoir, caractérisé par une richesse qui est de celles qui ne s’acquièrent qu’au fil des années, tout au long d’une belle carrière académique et appliquée.

Je tiens à remercier Nicolas Clerc pour tous les moments de réflexions, de partage d’idées, d’encouragements et de soutien qu’il a su m’apporter durant ces trois années de projet. Un grand merci aussi à Jérôme Chablais et Yasin Makhloufi pour les virées sur le terrain et les nombreuses discussions partagées. Merci à vous pour votre aide et votre engagement.

Un immense merci de manière générale à toutes les personnes avec qui j’ai pu discuter et collaborer au cours de ce beau projet, je pense notamment à toute l’équipe du projet GEothermie2020 : Canton de Genève (GESDEC, DMO, OCEN,…), SIG et l’Université de Genève; aux collaborateurs de swisstopo : Roland Baumberger, Christian Minnig, Nils Oesterling, Alain Morard, Pauline Baland, Lise Boulicault, Sabine Brodhag ; aux collaborateurs du BRGM et du TNO qui nous ont chaleureusement accueillies Stéphanie et moi lors de notre visite chez eux en 2014 : François Robida, Christelle Loiselet, Thierry Baudin, Philippe Calcagno et Marc Urvois du

II BRGM et Michiel van der Meulen, Paul Bogaard, Rob van der Krogt, et Jan Stafleu du TNO ; à Luca Demicheli de l’association EuroGeoSurveys ; à toute l’équipe d’Edwerk : Franz Böhm, Frédéric Mirjolet et Ulrich Steiner ; à André Strasser de l’Université de Fribourg et Pascal Kindler de l’Université de Genève d’avoir fait part de mon jury pour mon examen pré-doc, à toute l’équipe d’Hydro-Géo Environnement : notamment Ludovic Savoie, Pauline Pastore, Marc Hottinger et Jérôme Berthoud ; à Raymond Enay de l’Université de Lyon ; Georges Gorin, Roland Wernli, Jean- Michel Jaquet, Elias Samankassou, Stéphanie Girardclos, Eric Davaud, Anthony Lehmann et Gregory Guiliani de l’Université de Genève. Merci à tous pour votre contribution, elle fut précieuse.

Un immense merci au comité de thèse qui nous a suivies Stéphanie et moi. Merci de nous avoir apporté votre connaissance et votre expertise sur la thématique durant ces trois années de recherches : Nathalie Andenmatten et Sabrina Serier (Service de géologie, sols et déchets de l'Etat de Genève) ; Roland Baumberger (Office fédéral de topographie swisstopo) ; David Giorgis (Service de géologie, sols et déchets de l'Etat de Vaud) ; Grégory Giuliani et Anthony Lehmann (Institut des sciences de l'environnement de l'Université de Genève) ; Andrea Moscariello et Mario Sartori (Département des sciences de la terre de l'Université de Genève) ; Michel Meyer (Services industriels de Genève) ; François Robida (Bureau de recherches géologiques et minières à Orléans) ; et Adrien Vieira de Mello (Service de géomatique et de l'organisation de l'information de l'Etat de Genève).

Je remercie également les membres du jury de ma thèse de l’intérêt qu’ils ont porté à mon projet et de m’avoir permis d’obtenir le titre de docteur à ce jour :

• Prof. associée Rossana Martini, département des sciences de la terre, Université de Genève

• Dr Hans Doornenbal, Project-manage, TNO – Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenshappelijk onderzoek, Service géologique des Pays-Bas

• Dr David Giorgis, Géologue cantonal, canton de Vaud, Division géologie, sols et déchets, Lausanne)

• Dr Michel Meyer, Responsable géothermie (Programme GEothermie2020), Services Industriels de Genève (SIG)

Je souhaiterais remercier également toute la belle et grande famille des géologues des Maraîchers retrouvée après quelques années d’absence : à tous les enseignant(-e)s, les assistant(-e)s, les collègues, les secrétaires, les techniciens, les bibliothécaires, et les trois volées d’étudiants que j’ai pu encadrer pour les travaux pratiques de géomorphologie et sur le terrain.

Merci encore à Stéphanie Girardclos pour toutes ces discussions, à Christine pour son solide soutien au travers des joies administratives, à François de s’être raboté le bout de doigts pour mes lames minces et plugs polis, à Patrick pour les joies de l’informatique, à Daniel et Nicolas pour le magnifique camp en Israël ou à toute l’équipe CUSO de m’avoir permis de faire de belles découvertes géologiques en dehors de Genève.

Merci bien sûr à tous les copains de l’Uni dont le soutien a été un vrai moteur : Louis, Anna, Raphaël, Nick, Marta, Antoine, Marine, Luis, Inès, Camille petit et grand, Giovan, Aymeric, Gab, Erika, Jen, Damien, Luca G. , Luca, Chen, Aurélie, Marion, Simon et tous les collègues doctorants / post-docs des Maraîchers.

Merci aussi à tous les amis qui m’ont encouragée, soutenue, supportes et qui m’ont parfois aussi changé les idées pendant ces trois ans de recherches : je pense notamment à Pauline, Natacha, Christina, Jérôme, Naomi, Cindy, Tania, Olivier, Masumi, Luc, Karine, Gaëlle, Alex, Kilian, Patrick, Fabienne, Pascal, Maud, Aurélie, et tous ceux qui ne sont pas cités ici mais qui ont été là pour moi.

III Un immense merci aux personnes qui m’ont accompagnée pendant la rédaction de mon manuscrit et pour la brillante équipe de relecture qu’ont formée Laure Szalai et Joëlle Sotty. Un sincère merci à vous deux pour votre engagement. Sans oublier Sabrina Serier et Nathalie Andenmatten : merci aussi pour votre minutieuse relecture finale.

J’aimerais ensuite du fond du cœur remercier toute ma famille en commençant par mes parents, Catherine et Xavier, qui m’ont permis d’arriver là où je suis aujourd’hui, pour la fierté qu’ils m’ont témoignée et qui m’a portée pour l’accomplissement de ce doctorat ; un grand merci à mon frère, Matthieu, à ma sœur, Laure et leurs conjoints respectifs Jamie et Yves, pour leur appui et leurs encouragements durant ces trois années de projet, merci à mes neveu/nièces qui m’ont apporté de la sérénité par leur joie de vivre et leur sourire, Célia, Lucas, Anaïs, Julia et Lena.

Merci à ma grand-mère Lucette d’avoir été là jusqu’au bout, fière de sa petite-fille ; merci à mes tantes/oncles et cousins d’avoir toujours été là aussi pour moi : Lélène, Anne, Pierre, Guillaume, Céline, Vincent, Gérald, Roger et toute cette belle famille Brentini. Merci également à mes « belles familles » qui m’ont eux aussi encouragé sans faille et qui ont cru en moi sur ce projet : Annick, Zsolt, Arnaud, Karine, Corentin, Clémence, Emilie….

Je tiens également à remercier Grégory Seiler. Merci de ta confiance, de m’avoir encouragée, de m’avoir écoutée et ponctuellement remotivée quand nécessaire à aller jusqu’au bout, merci pour ta patience surtout. Finalement, j’aimerais remercier tout particulièrement Laure Szalai qui a cru en moi dès le départ, sans qui je ne me serais probablement jamais sentie capable de me lancer dans cette incroyable aventure que peut être un doctorat. Elle a su m’accompagner, me guider et m’aider pendant ces trois années de recherches, pour entretenir la volonté d’aller au bout. Elle m’a donné confiance en moi et m’a poussée vers le haut depuis qu’on se connait. Merci à vous deux pour ce partage et votre présence à mes côtés!

IV

Résumé

La géologie est une science qui rassemble une grande variété de connaissances concernant la Terre et les éléments qui la constituent. Si elle regroupe ainsi une immense somme de données nécessaires à la compréhension des processus qui ont modelé la surface du globe, elle permet aussi d’exploiter le milieu terrestre en extrayant, par exemple, des ressources qui s’y trouvent (énergétiques, matières premières, etc.). Depuis plusieurs générations, les géologues étudient la région genevoise et produisent un socle de données particulièrement riche. D’origines, d’époques et de perspectives différentes, ces données présentent toutefois aujourd’hui un caractère relativement hétérogène, dans la mesure où elles dévoilent des niveaux d’information, des terminologies et des méthodes d’analyses différentes. Il devient, dès lors, difficile de créer du lien entre les informations. Les corrélations sont laborieuses et cela finit par entraver l’utilisation optimale de ce socle de connaissances.

En parallèle de ce constat et depuis 2013, le canton de Genève s’est fixé l’objectif de transformer son type de production énergétique afin de favoriser l’exploitation des énergies locales, propres et renouvelables. Mis en place dans ce but, le programme GEothermie2020 a engagé des recherches intensives pour améliorer la connaissance du sous-sol genevois afin d’en évaluer le potentiel énergétique. Piloté par l'Etat de Genève et mis en œuvre par le SIG (Services Industriels de Genève), ce programme vise à développer les ressources en énergie géothermique du bassin genevois tout en s’engageant à maîtriser l’impact environnemental d’un tel développement. Les recherches entreprises ont ainsi généré une importante quantité de données et réactualisé, par là-même, le problème préexistant de la gestion du socle de données.

De fait, en 2014, les premiers travaux du programme GEothermie 2020 se sont rapidement retrouvés limités par les faiblesses des infrastructures informatiques de gestion de données (outils et système d’information) du service de géologie, sols et déchets du canton de Genève (GESDEC). Ce projet de thèse est alors né de cette constatation et du besoin pressant de trouver des solutions efficaces et pérennes. La recherche a été décomposée en plusieurs axes d’études, à commencer par l’évaluation précise de l’impact de la gestion de l’hétérogénéité des données géologiques dans la mise en place de nouvelles infrastructures informatiques. Une bonne gestion des géo-ressources du sous-sol passe inéluctablement par une bonne gestion des données géologiques, en particulier à échelle régionale. L’évaluation des systèmes de gestion de données d’autres services de géologie, en Europe et en Suisse, a permis d’identifier les concepts fondamentaux présidant à la mise en place de telles infrastructures de gestion. Le résultat de cette étude a été la mise en évidence de l’importance des concepts d’interopérabilité et des bonnes pratiques à appliquer pour garantir une gestion efficiente de la donnée. Par-là, il convient d’entendre: - assurer le développement et l'utilisation d'outils robustes au travers de services et de modèles de données adéquats (Aspects techniques), - définir des concepts et des vocabulaires communs pour éviter les lacunes et les confusions potentielles entre les parties prenantes (Contexte sémantique), - renforcer les lois et les adapter aux nouvelles ressources exploitées et aux nouvelles technologies (Cadre légal) et pour finir, - développer des pôles de compétences et ouvrir des budgets pour assurer le suivi des données géologiques (Dimension humaine). Ces aspects fondamentaux ont, dès lors, pu être appliqués au contexte genevois et guider ainsi les recherches transcrites dans ce manuscrit.

V Les aspects techniques et le contexte sémantique sont deux piliers principaux que ce projet de thèse s’est particulièrement engagé à développer, les autres axes abordés dans ce travail étant plus fondamentalement du ressort de l’Etat lui-même et d’autres de ses services. La première étape a donc été de développer une bonne compréhension des besoins du service de géologie et des autres acteurs liés, afin d’être en capacité de proposer des outils de travail ciblés et adéquats. Ceux-ci devaient notamment répondre aux conditions interdisciplinaires et transversales d’un programme tel que GEothermie2020. Mis en place sur la base de différentes hypothèses, des protocoles d’expérimentation ont pu être validés ou invalidés par des mises en situation successives reposant sur différentes simulations d’organisation de bases de données.

Afin de permettre la réalisation d’un système pérenne et adaptable dans le temps, il a fallu sélectionner, avec soin et pertinence, les données géologiques devant être valorisées dans la future base et celles pouvant être disponibles sous forme d’archives uniquement. Il s’est alors agi de déterminer les différentes catégories d’objets (sondages, données géophysiques, affleurements) et de sujets (géologie, hydrogéologie, géothermie, pédologie) devant être structurants pour la base de données, puis de définir les caractéristiques à leur octroyer selon les informations à mettre en avant. Ensuite, est venue l’heure de décider des types de valeurs à attribuer respectivement aux caractéristiques définies (texte libre, nombre, date, liste déroulante, lien) en favorisant les listes déroulantes quand cela était possible. Ces listes permettent, en effet, de garantir un niveau de contrainte équilibré ainsi qu’une meilleure mise en cohérence des informations saisies par différentes personnes. Notons que la mise en place de certaines listes a parfois pu entraîner un travail de recherche complémentaire. Tel a notamment été le cas pour le contexte lithostratigraphique qui, face à une hétérogénéité de données particulièrement importante, a nécessité la réalisation d’un travail d’harmonisation des données mais également des analyses liées. Une analyse intégrée des connaissances géologiques de l’ensemble du bassin genevois sensu stricto (s.s) a donc été indispensable. Issues de l’examen de projets nationaux déjà initiés - (HARMOS, du service géologique suisse, et le Référentiel géologique de la France (RGF) du service géologique français) -, ainsi que de la réalisation d’une étude sédimentologique et stratigraphique complète du bassin genevois s.s (conjointement réalisée avec Elme Rusillon), les données de surface et du sous-sol rassemblées et intégrées ont permis de poser un cadre lithostratigraphique homogène référentiel à l’échelle du bassin de Genève. Une charte lithostratigraphique du bassin genevois a permis de condenser cette connaissance.

Au travers de cas d’application, et afin de garantir une bonne gestion des géo-ressources, ce projet de recherche a ainsi prouvé que la connaissance géologique devait, aujourd’hui, être valorisée grâce à des outils adéquats gérés par le Canton. Les bases pour le développement de ces derniers ont d’ailleurs été posées. Dans un avenir proche, la valorisation des données pourra donc être assurée, d’une part, grâce au du catalogue stratigraphique opérationnel et, d’autre part, au moyen du système d’information harmonisé du canton de Genève qui permettra à tous de partager en ligne les données du territoire.

Pour finir, une remarque générale peut être faite concernant la démarche originale qui a caractérisé l’ensemble de notre travail. Comme nous l’avons vu, le partage des connaissances et la communication sont au cœur des mécanismes du système d’information que nous avons ici cherché à développer. Elles ont ainsi constitué le noyau dur de la problématique tant pour le système en lui-même, que concernant la méthode de travail utilisée et les collaborations nécessaires pour atteindre les objectifs visés. Réussir à tisser du lien de façon constante entre la diversité des différents acteurs a constitué un challenge en soi et, à ce titre, la démarche appliquée tout au long de notre travail incarne symboliquement et concrètement, le premier pas vers l’élaboration d’un système de données plus universel.

Mots-clés : Gestion, données géologiques, hétérogénéité, bassin genevois, stratigraphie, harmonisation, interdisciplinarité, transversalité, géo-ressources.

VI

Abstract

Geology is a science that brings together a wide variety of knowledge about the planet Earth. In that respect geological knowledge deals with an immense amount of data necessary to understand the processes that formed the interior and transformed through the geological history the surface of the geosphere. Geological sciences also provide the necessary knowledge to exploit the terrestrial environment by locating, evaluating, quantify and extracting, for example, natural resources such as energy and minerals. For several generations, geologists have been studying the Geneva region and generating an immense wealth of knowledge.

Because of their different origins, times and perspectives, these data are today relatively heterogeneous as they are based on different approaches and analytical methods and thus provide different type of information and terminologies. This poses few challenges when attempting to link all the information contained in these data and make a consistent data set which could be the basis for lithostratigraphic across the basin. These difficulties often result in impairing the optimal use of this rich knowledge base.

Since 2013 the Canton of Geneva has set the objective of reducing the conventional type of energy consumption mostly based in fossil fuel sources, and develop local, clean and renewable energies (solar, geothermal etc). Within this framework, the GEothermie2020 program undertook intensive research to improve the knowledge of the Geneva subsurface in order to evaluate its energy potential. Piloted by the State of Geneva and implemented by the SIG (Services Industriels de Genève), this program aims at developing the geothermal energy resources in the Geneva basin while committing to control the environmental impact of such a development. The research undertaken has thus generated a large amount of data and naturally led to address the existing problem of knowledge and data base management mentioned above.

In fact, in 2014, the first work of the GEothermie 2020 program was quickly limited by the weaknesses of the knowledge and data management IT infrastructure (tools and information system) of the Geology, Soils and Waste Department of the Canton of Geneva (GESDEC) which were not designed to respond to the need of a vast data set of subsurface related knowledge and data. Based on these observations and the urgent need to find effective and sustainable solutions to understand, homogenise, organise and manage the geological data set related to the forthcoming geothermal subsurface exploration and development, this PhD research project was conceived and kicked off. The research has been divided into several areas of study, starting with the precise assessment of the impact of managing the heterogeneity of geological data in the implementation of new IT infrastructures. Good management of the geo-resources of the subsurface inevitably passes through a good management of the geological data, in particular on a regional scale. The evaluation of the data management systems of other geological services, in Europe and Switzerland, made it possible to identify the fundamental concepts governing the establishment of such management infrastructures. The result of this study highlighted the importance of applying interoperability concepts and good practices in order to ensure efficient management of the data through an information system (IS). This means: i) ensuring the development and use of robust tools through appropriate services and data models (Technical Aspects), ii) defining common concepts and vocabularies to avoid gaps and potential confusion between stakeholders (Semantic context), iii) strengthen laws and adapt them to new exploited resources and new technologies (Legal framework) and finally, iv) develop clusters and open budgets for monitoring data geological (Human Dimension). These fundamental aspects have therefore been applied to the Geneva context and thus guide the research reported in this PhD manuscript.

VII The technical aspects and the semantic context are two main pillars that this PhD thesis has developed, the other axes addressed in this work being more fundamentally the responsibility of the State itself and others of its services. In this respect, the first step of this research was therefore to develop a good understanding of the needs of the State geology office and other related actors (universities, private sectors), in order to be able to propose targeted and adequate work tools. In particular, the IS has to encounter the interdisciplinary and transversality conditions of a program such as GEothermie2020. Set up on the basis of different hypotheses, experimental protocols could be validated or invalidated by successive simulations based on different database organization. In order to allow the realisation of a sustainable and adaptable system over time, it was necessary to select, with care and based on data relevance, the geological data to be valued in the future database and those that can be available as archives only. It was then necessary to determine the different categories of objects (i.e.

boreholes, geophysical data, outcrops) and subjects (i.e. geology, hydrogeology, geothermal, pedology) to be structured in the database. Subsequently, the definition of the characteristics (parameters) according to the information to collected in the database. Following from this, the types of values to assign to the defined characteristics (i.e. free text, number, date, drop-down list, link) by giving priority to drop-down lists whenever possible have to be defined. These lists make, in fact, guarantee a balanced level of constraint as well as a better coherence of the information entered by different people. It should be noted that the implementation of certain lists sometimes led to additional research work. This was the case for the lithostratigraphic context which, due to a particularly heterogeneous data set, required the realisation of a work of data homogenisation, consistency check, harmonization supported by quality check in the field and original analytical work. An integrated analysis of the geological knowledge of the entire Geneva Basin sensu stricto (s.s) was therefore essential. This was carried out taking into consideration the guidelines of ongoing national projects (i.e. HARMOS, from the Swiss Geological Survey, and the French Geological Repository/RGF of the French Geological Service), as well as the outcomes realisation of a complete sedimentological and stratigraphic study of the Geneva Basin s.s. (jointly realized with Elme Rusillon). This part of this PhD research study led us to propose an original renewed lithostratigraphic framework of the Geneva basin documented by a summary lithostratigraphic chart of the Geneva.

Through application cases, and in order to guarantee a good management of geo-resources, this research project has thus proved that activity associated with geological knowledge generation, gathering, storage and management should, today, be valorised and further developed using the appropriate tools managed by the Canton whose bases have been now set. In the near future, the valorisation of the data can be ensured, on the one hand, by means of the operational stratigraphic catalogue realized in collaboration with the engineer's office active on the regional geological problem (Hydro-Geo Environnement) and on the other hand, by means of the harmonized information system of the Canton of Geneva which will allow everyone to share surface and subsurface data online (collaboration with Stéphanie Favre).

Finally, a general remark can be made about the original approach that has characterized all of our work. As we have seen, knowledge sharing and communication are at the heart of the information system mechanisms that we have sought to develop here. Knowledge sharing and communication have thus formed the hard core of the problematic both for the system itself, as regards the working method used and the collaborations necessary to achieve these objectives.

Being able to create a constant link between the diversity of the different actors has been a challenge in itself and, as such, the approach applied throughout our work represents symbolically and concretely, the first step towards the development of a more global data system.

Keywords: Management, geological data, heterogeneity, Geneva Basin, stratigraphy, harmonization, interdisciplinarity, transversality, geo-resources.

VIII

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS I

RESUME IV

ABSTRACT VI

TABLEDESMATIERES VIII

PARTIE I 1

INTRODUCTION

CHAPITRE1 2

CADRE DU PROJET 2

1.1OBJECTIF GENERAL 3

1.2GEOTHERMIE2020 5

1.3SERVICE DE GEOLOGIE, SOLS ET DECHETS 9

CHAPITRE2

CONTEXTE 10

2.1GEOGRAPHIE 11

2.2GEOLOGIE 13

2.3STRUCTURAL 23

2.4DE LA GEOMATIQUE ET DES SYSTEMES D'INFORMATION 24

CHAPITRE3

PROBLEMATIQUES 28

3.1OBJECTIFS DE LA THESE 29

3.2STRUCTURE DU MANUSCRIT 30

3.3COLLABORATION 31

PARTIE II

MATERIEL ET METHODES 33

CHAPITRE4 34

MATERIEL 34

4.1AFFLEUREMENTS 35

4.2SONDAGES 42

4.3GEOPHYSIQUE 44

4.4MODELES GEOLOGIQUES 3D 45

4.5CONCLUSION 46

CHAPITRE5 47

METHODES 47

5.1ETAPE 1 :EVALUATION DES SYSTEMES EXISTANTS 48

5.2ETAPE 2 :SELECTION DES DONNEES PERTINENTES 49

5.3ETAPE 3 :ETUDE SEDIMENTOLOGIQUE ET STRATIGRAPHIQUE REGIONALE 49

5.4ETAPE 4 :INTEGRATION DANS LA BASE DE DONNEES 53

5.5CONCLUSION 53

IX PARTIE III

RESULTATS ET DISCUSSIONS 54

CHAPITRE6

GESTION EFFICIENTE D’UNE DONNEE GEOLOGIQUE 55

6.1CONCEPT D’INTEROPERABILITE 56

6.1.1 Evaluation en Europe 56

Importance of interoperability in geological information systems for sustainable resources

management (rédigé avec S. Favre) 56

6.1.2 Evaluation en Suisse 73

Etat des lieux sur les systèmes d'information géographiques des instituts et cantons suisses

(rédigé avec S. Favre) 73

6.2ADAPTATION AU CONTEXTE GENEVOIS 86

6.2.1 Aspects techniques 87

6.2.2 Contexte sémantique 89

6.2.3 Cadre légal 90

6.2.4 Dimension humaine 92

6.3DISCUSSION ET CONCLUSION 92

CHAPITRE7

INTEGRATION DANS UN SYSTEME D'INFORMATION LOCAL 95

7.1CENTRALISER ET FACILITER L'ACCES A LA DONNEE 96

7.1.1 Equilibre entre exhaustivité et pertinence 100

7.1.2 Archiver et organiser la donnée 102

7.1.3 Méthodes 107

7.1.4 Résultats intermédiaires 107

7.2ARBITRER LA DONNEE INTEGREE 126

7.2.1 Valeur type à attribuer à chaque attribut 126

7.2.2 Méthodes 127

7.2.3 Résultats intermédiaires 129

7.3RESULTAT FINAL 132

7.4DISCUSSION ET CONCLUSION 135

CHAPITRE8

HARMONISATION DE LA GEOLOGIE REGIONALE DU BASSIN GENEVOIS 137

8.1LES DEFIS MAJEURS D’UNE HARMONISATION 138

8.1.1 Projet Suisse : HARMOS 138

8.1.2 Projet français : Référentiel géologique de France 144

8.2ETUDE SEDIMENTOLOGIQUE ET STRATIGRAPHIQUE DU BASSIN GENEVOIS 147

Integrated sedimentological and stratigraphical synthesis of the Greater Geneva Basin (rédigé

avec E. Rusillon) 147

8.3DISCUSSION ET CONCLUSION 172

CHAPITRE9

APPLICATION ET DEMONSTRATION 174

9.1APPLICATIONS 175

9.1.1 GST 175

9.1.2 Catalogue stratigraphique 177

9.2DEMONSTRATION 183

9.2.1 Modèle GeoQuat 183

9.2.1 Projet GEo-01 184

9.3CONCLUSION 185

X PARTIE IV

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES 186

REFERENCES 191

LISTES DES FIGURES ET DES TABLEAUX 205

ABBREVIATIONS, ACCRONYMES 210

LEXIQUE 212

POSTERS, CONGRÈS ET SOUMISSIONS 214

ANNEXES 216

1

PARTIE I INTRODUCTION

« Trop de connaissance ne facilite pas les plus simples décisions »

Figurant en page de garde, le postulat de l’écrivain américain Frank Herbert explicite, dans toute sa simplicité, l’ensemble des mécanismes auxquels cette thèse se confronte et se donne la responsabilité de répondre. Frank Herbert évoque ici deux concepts importants qui seront au cœur de notre travail : la connaissance et la décision.

Dans ce projet de thèse, la connaissance sera la donnée géologique du bassin genevois, dans toute sa diversité, son hétérogénéité et sa complexité. Les décisions seront celles qui permettront de trouver un juste équilibre entre l’exhaustivité et la pertinence de la donnée appelée à figurer dans un système d’information robuste, intelligent, fiable et ouvert que nous contribuerons à développer au service d’une gestion maîtrisée et durable des géo-ressources du canton de Genève.

L’introduction présentée ici est une étape indispensable car elle donne le cadre général de l’étude et précise les bases théoriques et pratiques nécessaires à la compréhension du sujet traité. Structurée en trois chapitres - cadre du projet, contexte et problématiques -, elle permet au lecteur de pouvoir appréhender l’environnement dans lequel s’inscrit le projet.

À la croisée des chemins entre la géologie et la géomatique, cette thèse, au caractère un peu particulier et à finalité opérationnelle, a pu surprendre le milieu académique. Réalisé dans le cadre du programme concret et pragmatique GEothermie2020, qui vise à développer la géothermie comme vecteur énergétique pour le bassin genevois à l’horizon 2020, ce travail de recherche a été amené à croiser d'autres travaux de thèse ou de mandataires externes au monde universitaire spécialisés dans différents domaines. Pour cette raison, identifier, dès le départ, le rôle de chacun a permis non seulement d’avancer avec efficience dans le projet, mais aussi de définir, correctement et de manière intégrée, les questions scientifiques qui se présentaient à nous. Sur un plan général, il est à noter qu'un travail collaboratif, même s’il peut par moments rendre floue la limite entre la structure académique et un mandat externe, est enrichissant pour tous et s'est révélé bénéfique à la recherche menée pour le développement du nouveau système d'organisation de la donnée géologique du canton de Genève.

Afin de préciser la répartition des rôles de chacun, et plus spécifiquement celui auquel ce manuscrit se consacre, il est d'ores et déjà possible de clarifier le positionnement de ce travail par rapport aux deux grands domaines d'expertise cités précédemment que sont la géologie et la géomatique. De fait, il s'agit ici de développer un outil informatique appliqué à la géologie.

Nécessitant un cadre de travail où une connaissance des deux domaines (géomatique et géologie) est indispensable et ayant un pied dans chacun d’eux, cette thèse revendique donc une double appartenance. Ainsi, dans le cadre de notre recherche, les contraintes de la géomatique ont largement guidé les choix géologiques intégrés au futur système. Les deux domaines s’avèrent ici complémentaires et se servent l’un et l’autre.

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CHAPITRE 1 Cadre du projet

Ce premier chapitre présente le cadre dans lequel s’inscrit ce projet de thèse. Il explicite les objectifs généraux du projet du service de géologie, sols et déchets (GESDEC) du canton de Genève et décrit les interactions entre deux projets de thèse initiés par le développement de nouvelles infrastructures informatiques pour la gestion des données géologiques du service.

Le programme GEothermie2020 est le déclencheur de ce nouveau besoin. Il a révélé l’obsolescence de l’actuel système de gestion de données et les nombreux efforts à fournir sur cet aspect pour permettre au GESDEC d’assurer la maîtrise des connaissances géologiques du sous-sol.

Le programme est ainsi décrit et présenté plus en détail dans ce chapitre qui, après avoir exposé les rôles du service de géologie, sols et déchets, montre les objectifs auxquels il doit répondre pour assurer une bonne gestion des ressources du sous-sol du canton de Genève. C’est grâce au financement et à l’encadrement de ce service que deux projets de thèse présentés ci-dessous ont vu le jour.

3 1.1 Objectif général

Durant ces dernières décennies, un service géologique, qu’il soit fédéral, national ou cantonal, doit de plus en plus faire face à de nombreux défis liés à son sous-sol et à ses géo-ressources. Les intérêts de développement des énergies renouvelables et locales deviennent des responsabilités du domaine public et poussent naturellement les services géologiques régionaux à mettre en place leur propre centre de compétences. Voyant ainsi leur rôle grandir, maîtriser la connaissance géologique régionale devient indispensable (Van Der Meulen et al., 2013) pour eux dans la mesure où ils sont désormais appelés à être les garants d’une bonne gestion des connaissances acquises afin d’assurer une exploitation durable des géo-ressources.

Cependant, l’exploration, la mise en production et l’exploitation des géo-ressources d’un sous-sol font automatiquement appel à différents domaines, différents acteurs et différentes compétences. Par exemple, dans le cas d’un projet en géothermie, on trouve, pour la partie opérationnelle, le géologue d’exploration, le géophysicien, l’hydrogéologue, le géotechnicien, l’ingénieur de forage, le géothermicien, l’ingénieur réservoir, l’ingénieur énergéticien, l’ingénieur d’exploitation et le technicien maintenance (PIPAME, 2016). A ces professionnels s’ajoutent les intervenants indirects au développement du projet tels que les référents politiques et légaux, les services administratifs, le milieu académique, pour ne citer qu’eux. Tous ces acteurs produisent une importante quantité de données de nature variable. Il est toutefois indispensable qu’ils soient en capacité de se comprendre et que l’ensemble des données générées puissent être échangées et communiquées efficacement.

Au sein de ces centres de compétences (étatique, académique…), des efforts pour l’acquisition de nouvelles connaissances géologiques, aussi bien dans leur interprétation que dans leur compréhension, ont longtemps été privilégiés, au détriment du développement de nouvelles infrastructures dédiées à la gestion de ces données (Figure 1). Cela était compréhensible dans la mesure où la quantité de données restait gérable sans trop de complexité. Mais la situation a évolué avec l’augmentation progressive de la quantité de données. Or, si la gestion de données n’est pas efficace, l’impact se fait directement ressentir sur la gestion des géo-ressources qui devient elle aussi moins efficiente, et sur la décision politique qui risque de perdre en pertinence. Le rôle de l’ingénieur géo-informaticien ou géomaticien devient dès lors central car c’est lui qui est en charge du cycle de vie complet de la donnée, à savoir de son acquisition, son positionnement, sa qualification, son traitement, son organisation et sa conservation (PIPAME, 2016). Le géomaticien doit posséder des connaissances transversales afin de comprendre l’impact réel de chaque donnée sur la gestion des géo-ressources.

Figure 1: Déséquilibre entre les efforts investis dans l’acquisition de données et les efforts fournis dans leur gestion

4 Il parait ainsi évident que les services géologiques en charge des géo-ressources d’un territoire souhaitent à présent engager des efforts plus importants dans le développement de bases de données, d’outils et de systèmes de gestion, mais également dans l’augmentation des ressources humaines à disposition pour les aider et les accompagner dans ces nouvelles implications. Aussi, des infrastructures complètes et intelligentes doivent-elles être mises en place pour leur permettre ainsi de garantir une bonne gestion de leur territoire.

Un des points forts du programme GEothermie2020 dans lequel s’inscrit directement cette thèse, est donc de proposer des solutions efficaces au service géologique régional (GESDEC) pour l’aider dans cette quête d’exploration et d’exploitation du sous-sol. L'une d'elles comprend la réalisation d’un modèle de bases de données avec des outils associés et une harmonisation des éléments constituant la base afin d’obtenir un système d’information efficient. La création d’une telle infrastructure passe par de multiples réflexions et hypothèses de travail ainsi que de multitude d’échanges avec l’ensemble des acteurs du projet.

Le projet de thèse développé ici met plus précisément en lumière l’impact que l’hétérogénéité des données géologiques peut avoir lorsque celles-ci sont intégrées dans une base de données, et par conséquent, dans la gestion des géo-ressources. Une sélection des objets géologiques essentiels à faire figurer dans la base de données, ainsi qu'une analyse intégrée et une valorisation de la stratigraphie régionale à travers le bassin genevois, ont été ici réalisées afin de contraindre au mieux l’intégration de ces informations dans une base à but opérationnel et servant d’aide à la décision et de communication. Ces étapes indispensables allient les compétences de la géologie et de la géomatique. Ce travail est l’élément qui permet aujourd’hui d’assurer la liaison entre ces deux domaines. Il est, en cela, le garant d’un développement efficace et pérenne d’un système tel que celui envisagé par le canton de Genève.

Figure 2: Schéma initial entre les deux projets de thèse pour mettre en place la future base de données du canton de Genève

5 Comme évoqué en début de cette introduction, et bien qu’il ne s’agisse pas d’une thèse purement géologique, une démarche classique de recherche scientifique reste néanmoins essentielle pour garantir un déroulement rationnel et rigoureux du projet et des réflexions qui lui sont liées.

Suivant la structure d’un protocole expérimental, différentes hypothèses de travail sont ainsi étudiées, testées et analysées dans les chapitres suivants.

Il est toutefois nécessaire de préciser, d’ores et déjà, que cette démarche s’est faite en complémentarité du travail effectué par Stéphanie Favre¹ (Figure 2). Concomitant à celui-ci, son projet est également réalisé dans le cadre académique d’une thèse, au sein de l’Institut des Sciences de l’Environnement (groupe EnviroSPACE, sous la direction d’Anthony Lehmann et de Gregory Giuliani). Stéphanie Favre concentre son action sur l’architecture, les flux et l’implémentation de la future base de données du service géologique. Elle présente le cadre légal régional et discute plus en détails les outils nécessaires au service.

1.2 GEothermie2020

Le Service de géologie, sols et déchets (GESDEC) du canton de Genève a affirmé sa volonté d’améliorer ses infrastructures pour la gestion de données géologiques grâce à la dynamique d’un projet de développement en géothermie locale – le programme GEothermie2020².

Piloté par le canton de Genève³ et mis en œuvre au travers des compétences opérationnelles des Services Industriels de Genève⁴ (SIG), ce programme a vu le jour grâce à une volonté politique.

Le développement de la géothermie, en tant que source d’énergie propre, locale et renouvelable, est devenu une priorité dans le stratégie énergétique genevois (Moscariello 2016). Les objectifs du canton de Genève sont de diminuer progressivement l’utilisation des énergies fossiles et d’accroître son indépendance énergétique (GEothermie2020, 2017). Aujourd’hui, plus de 90%

de l’énergie consommée à Genève provient de l’extérieur et 75% sont approvisionnés par des énergies fossiles. Avec l’énergie offerte par la chaleur naturelle quasi inépuisable du sous-sol, le Canton vise ainsi à réduire ses émissions de gaz à effet de serre et son autonomie énergétique.

Cependant, très peu exploré sous forme de forage, le sous-sol de moyenne et grande profondeurs du canton de Genève est mal connue. En Suisse, très peu de prospections en énergies fossiles ont été faites lors du boom de l’exploration pétrolière (années 60-70) car les premiers résultats des forages d’exploration réalisés à cette époque se sont avérés plutôt maigres et économiquement inintéressants à ce jour (Essertines dans le Canton de Vaud, Canton de Lucerne). Bien que près de 40 forages aient été creusés entre 1912 et 1989 dans ces régions, dont la moitié entre 1958 et 1966, aucune de ces exploitations s’est avérée rentable. Au vu des faibles résultats obtenus par ses voisins (Vaud ou France), le canton de Genève n’avait lancé, à ce moment-là, aucun projet d’exploration pétrolière du sous-sol profond sur son territoire.

Néanmoins, en 1993, l’Office cantonal de l’énergie (OCEN) supporté par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) avait conduit des investigations sur le sous-sol profond avec le forage géothermique de Thônex –THX-1-. Inopportunément, le débit rencontré dans les calcaires récifaux du Jurassique n’était pas suffisant pour justifier la réalisation d’un deuxième forage de réinjection (Jenny et al., 1995). Il avait donc été abandonné à cette époque. Mais de nouvelles analyses ont, cependant, pu être entreprises sur ce forage aux prémices du programme GEothermie2020 (Nawratil de Bono, 2011). Les premiers objectifs du programme GEothermie2020, lancé en 2012 ont, tout d’abord, été d’améliorer la connaissance du sous-sol afin d’en estimer plus en détail le potentiel géothermique. Une étude réalisée en 2011 par un groupement d’experts, avait confirmé dès lors que la géologie présente dans le bassin de Genève

1Stéphanie Favre : https://www.unige.ch/envirospace/people/stephanie-favre/

2 Site de GEothermie2020 : http://geothermie2020.ch/

3Site du canton de Genève : http://ge.ch/environnement/geothermie-2020

4Site du SIG : http://www.sig-ge.ch/nous-connaitre/relations-medias/20140818_geothermie_2020

6 était favorable au développement de la géothermie sur le territoire (PGG, 2011). De plus, les résultats prometteurs des forages géothermiques de Grilly et de Crozet, effectués en France voisine en 2016, ont d’autant plus motivé le programme (SEMM, 2016) et permis de cibler le premier forage d’exploration du programme genevois GEo-01 décrit précisément ci-dessous.

Dans le cadre de GEOthermie2020, des projets académiques, des mandats d’experts et des forages d’exploration sont alors engagés. Avec les chefs de projet, Nathalie Andenmatten du Service de géologie, sols et déchets (GESDEC) du canton de Genève et Michel Meyer des Services Industriels de Genève (SIG), une grande équipe d’experts académiques et opérationnels a été constituée afin de rassembler, organiser et valoriser les nombreuses données anciennes, permettant ainsi d’élaborer, dans de bonnes conditions, un nouveau corpus d’éléments d’information correctement ciblés nécessaires aux phases de prospection et d’exploration.

Un premier objectif notable atteint dans le cadre du programme a été d’ordre légal, puisqu’une nouvelle loi cantonale sur les ressources du sous-sol (LRSS) est entrée en vigueur le 3 juin 2017.

Porteur de ce projet, le GESDEC a ainsi permis de définir un cadre légal favorable au développement de la géothermie. Pour le moins consistante, cette loi cantonale a également pour objectif de fixer des conditions d’exploitation strictes et prévoir le développement d’un centre de compétences étatique pour assurer le suivi des projets liés au sous-sol. Un chapitre entier est notamment consacré aux outils de gestion de données à mettre en place afin de garantir une utilisation maîtrisée et durable des géo-ressources. Ce dernier est particulièrement important pour ce projet de recherche.

Figure 3: Visualisation du premier forage de moyenne profondeur du programme GEothermie2020 -GEo-01 (source: GEothermie2020.ch).

De plus, un premier forage d’exploration de moyenne profondeur – le forage GEo-01⁵ - a commencé en novembre 2017 (Figure 3). Réalisé sur la commune de Satigny, il a pour objectif d’explorer le potentiel géothermique des calcaires du Crétacé dont la profondeur a préalablement été estimée à 650m grâce aux différentes études diligentées (phase de

5Site de GEothermie2020 - forage de GEo-01 : http://geothermie2020.ch/projet/detail/forage-de-satigny/3

7 prospection). Ce site a été choisi car il s’agit d’une zone potentiellement fracturée, renseignée par les profils de géophysiques réalisés en 2015 dans la région (Fiebig et al., 2017). En effet, une roche fracturée peut favoriser la circulation de fluide et ainsi augmenter les chances de découvrir de l’eau à une température estimée entre 25 et 35°C dans une roche dont la matrice est a priori très peu perméable, ce qui est idéal pour des premiers projets de géothermie de moyenne profondeur (Bancal 2013; PGG 2011; Rusillon, 2018). Plusieurs forages de ce type, pouvant même atteindre 1’500m de profondeur, seront notamment réalisés d’ici 2020. Ces différentes investigations permettront d’améliorer progressivement notre connaissance du sous-sol genevois et de son potentiel. Des forages plus profonds - au-delà de 1’500m – pourront ensuite voir le jour. En effet, le programme GEothermie2020 a choisi d’avancer dans le projet par étape de profondeur qui consiste à consolider les connaissances géologiques et géotechniques nécessaire au succès d’un forage plus profond et plus coûteux.

Le programme GEothermie2020 est donc avant tout un programme dynamique dans lequel différents corps de métier sont appelés à collaborer et communiquer ensemble. A ce titre, au- delà des intervenants techniques que nous avons cités précédemment, on retrouve inévitablement des représentants de domaines d’activité autres, tels que des financiers, des avocats ou encore des journalistes pour la communication. La Figure 4 ci-dessous illustre et récapitule les différents axes présents au début du programme en 2014.

Figure 4: Schéma des différents axes du programme en 2014 (modifé d'après Andenmatten Berthoud 2014)

Très rapidement, et au vu de l’ampleur que prenait le projet avec le nombre de travaux académiques et de mandats lancés et donc des connaissances acquises, revoir l’organisation de ses différents acteurs s’est avérée indispensable. Face à la multiplication des intervenants et l’accélération de la dynamique créée, un projet de Gouvernance, présenté dans la Figure 5, a été mis en place dès 2016. Son but était d’organiser et définir plus clairement les différents groupes de travail et la régularité des rencontres de chaque groupe afin de garantir un bon suivi du programme.

Les groupes thématiques travaillent sur quatre axes distincts : la caractérisation des ressources, la planification énergétique, l’environnement et la durabilité et la gestion des données. Il est indispensable que ces groupes interagissent entre eux et la gestion des données en est le noyau central (Figure 6).

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Figure 5: Projet de gouvernance du programme GEothermie2020 mis en place en 2016 (Hervo, 2016)

Ayant constaté ne pas disposer des infrastructures informatiques suffisantes pour permettre la centralisation de toutes les données nécessaires, en tant que propriétaire du sous-sol et principal porteur du programme, le canton de Genève a dû investir dans ce domaine. Le financement de cette thèse par le Service de géologie, sol et déchets (GESDEC) fait notamment partie des efforts consentis. En effet, pour le canton de Genève, l’intérêt général est de bien cerner les données préexistantes à disposition, celles résultant du programme ainsi que les besoins des utilisateurs afin de fournir un système d’information complet et utile à chacun.

Figure 6: Point central de la gestion des données dans les différents groupes thématiques de la gouvernance.

9 1.3 Service de géologie, sols et déchets

Faisant partie du Département de l'environnement, des transports et de l'agriculture (DETA), le Service de géologie, sol et déchets (GESDEC)⁶, est chargé du pilotage du programme GEothermie 2020, lancé par le Conseil d'Etat en 2012. Nathalie Andenmatten Berthoud, cheffe de ce projet géothermie, a été spécifiquement engagée par le service pour assurer le suivi de ce programme.

Cependant, les missions du GESDEC ne se résument pas au programme GEothermie2020. Il s’agit d’un service qui regroupe trois domaines d’intervention : le secteur de la géologie (ou sous-sol), des sols et celui des déchets. Pour mener à bien l’ensemble de ses missions, le GESDEC a besoin aujourd’hui de nouveaux outils de gestion dans lesquels les trois domaines s’entrecroisent et interviennent ensemble

Le secteur de la géologie met en application les législations fédérales et cantonales en matière d’environnement en général sur le sous-sol. Il assure, entre autre, la gestion et la protection des nappes phréatiques et des zones instables (dangers naturels), l’évaluation et l’assainissement des sites pollués, ainsi que l’archivage des données géologiques. Il doit garantir la centralisation et la distribution des données liées à la géologie de surface et de profondeur. Des modèles géologiques et des plans d’informations sont produits et distribués pour assurer les prises de décision des collaborateurs du service.

Rattaché au secteur géologie, le secteur des sols assure, quant à lui, la protection des sols du territoire. Lors de toute intervention sur les sols du Canton, des protections contre l’imperméabilisation et la destruction des sols (protection quantitative) et contre les modifications apportées à leur constitution naturelle (protection qualitative) doivent être garanties. L’équilibre entre les zones construites et les zones d’exploitations agricoles est contrôlé de près afin de maintenir la fertilité des sols et l’équilibre naturel d’un territoire.

Enfin, plus indépendant de la géologie et des sols, le secteur des déchets⁷, s'occupe de la gestion et de la surveillance des gravières, ainsi que de la gestion des déchets du canton de Genève. Il s’agit d’un secteur actif, au cœur de nombreuses problématiques environnementales actuelles.

La surexploitation des ressources naturelles des pays industrialisés produit une quantité grandissante de déchets qu’il devient difficile, voire impossible, de stocker. Il faut donc explorer de nouvelles voies de recyclage et mettre en place de nouveaux plans de gestion des déchets pour qu‘ils deviennent ou redeviennent des ressources utiles. Augmenter les taux de recyclage des ménages genevois et s'assurer que les entreprises et les particuliers éliminent correctement leurs déchets, sont les projets forts et actuels du service.

En effet, au travers des futures infrastructures informatiques, il sera enfin possible de lier les diverses activités que le GESDEC se doit de porter au-delà de son engagement dans le programme GEothermie2020. Les premières discussions entre le secteur de la géologie et celui des déchets ont, d’ailleurs, déjà été engagées afin de lier la nouvelle application en ligne⁸ pour faciliter les démarches de gestion des déchets de chantier à la future base de données mise en place dans le cadre de ce projet de recherche. Comme nous le verrons dans le chapitre 7, l’ensemble de missions conduites par le GESDEC ont été considérées dans les réflexions finales de ce projet.

6 Site du GESDEC - géologie: http://ge.ch/geologie/

7 Site du GESDEC - déchets http://ge.ch/dechets/

8 http://ge.ch/dechets/actualites/des-nouveaux-outils-pour-ameliorer-le-tri-des-dechets-de-chantiers

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CHAPITRE 2 Contexte

Le cadre administratif et le cadre de travail étant à présent posés, il devient maintenant nécessaire d’entrer plus en détails dans le contexte territorial dans lequel se situe ce travail de recherche. L’objectif de ce chapitre est d’apporter les connaissances géologiques et les produits cartographiques existants à jour pour mieux appréhender les problématiques de ce sujet de thèse.

Le présent chapitre reflète le contexte bi-disciplinaire dans lequel s’inscrit ce projet de recherche. D’une part, il apporte les connaissances fondamentales constituées du contexte géographique, géologique, paléogéographique et structural. D’autre part, il illustre les avantages de centraliser et valoriser ces connaissances géologiques au travers des outils développés par la géomatique.

11 2.1 Géographie

D’une superficie d’environ 280 km², le canton de Genève se trouve à l’extrémité occidentale de la Suisse. Étendu autour du Léman, il partage la très grande majorité de ses frontières avec la France (près de 95%, 103km contre 4.5km avec la Canton de Vaud). Cependant, lorsque l’on parle de géologie, il n’y a pas de frontière (Figure 8) et c’est pour cela que, dans le cadre de ce projet, l’ensemble du Bassin Genevois sensu stricto (s.s.) a été considéré (Figure 7). D’ailleurs d’un point de vue politico-économique, c’est la dénomination du « Grand Genève » qui est souvent utilisée. Vu les interactions existant entre le canton de Genève, le district de Nyon et le Pôle métropolitain du genevois français (Ain et Haute-Savoie). La globalité des données de cette région délimitée par la chaîne du Jura au nord-ouest, le Vuache à l’ouest et le Salève au sud-est, a été intégrée dans les réflexions concernant la future base de données. Cependant, il a parfois été nécessaire de collecter des données au-delà de la délimitation du bassin sensu stricto pour compléter les informations régionales (Champfromier, Haute-Savoie, Faucigny ou encore Salins- les bains).

Figure 7: Panorama de la zone d'étude concernée. Cette photo a été prise depuis le Grand Piton du Salève. Le point de vue de cette photo est localisé sur la figure 9.

Figure 8: Esquisse historique à travers le canton de Genève (source : GESDEC)

Face à une telle situation, il est nécessaire d’assurer la centralisation complète de la connaissance régionale (Suisse et France) et de créer de fréquents échanges avec les communautés de spécialistes des communes françaises avoisinantes pour définir des langages communs, et d’échanger les données au-delà des frontières politiques car les unités géologiques constituant le sous-sol genevois affleurent sur les hauts topographiques situés principalement en France (Jura, Vuache, Salève). De nombreux travaux de recherche de l’Université de Genève (diplômes, thèses) ont d’ailleurs été effectués sur ces massifs. Ces données, présentées plus en détail dans le chapitre 4, représentent un socle de connaissances essentiel que le canton de Genève doit pouvoir centraliser dans ses infrastructures. Bien que la gestion des ressources soit confinée au canton de Genève, les zones de réalimentations en eaux des horizons réservoirs et potentiellement réservoirs se trouvent principalement en France voisine. Ce sont des infiltrations captées dans les couches géologiques au sommet des massifs précités qui transportent cette eau dans le sous-sol du canton de Genève. Il est donc de ce fait primordial de surveiller également ces régions.

12 Face à un tel socle de données transfrontalières, l’hétérogénéité se révèle rapidement être la principale difficulté pour permettre leur intégration dans la future base du canton de Genève.

Cette problématique va ainsi ponctuellement revenir tout au long de ce manuscrit.

Une bonne compréhension de l’ensemble de ces données doit donc être acquise pour évaluer avec pertinence le cadre géologique final à intégrer à la future base de données.

Le canton de Genève est situé à l'extrémité ouest du bassin d'avant-pays nord-alpin, présentant principalement en surface des terrains d'âge tertiaire (Molasse d'eau douce inférieur, USM) et quaternaire (Figure 9). Durant cette dernière période, les importants avancées et reculs glaciaires ont modelés le paysage que nous connaissons aujourd'hui. La Chaîne du Jura est un domaine complexe, et dans cette étude, seule la partie du Jura plissé méridionale réduite dont font partie le Reculet (Haute-Chaîne), le Vuache et le Salève est examinée.

Figure 9: Carte schématique du Jura méridional (modifiée d'après Meyer, 2000a)

13 2.2 Géologie

D’un point de vue géologique, la coupe stratigraphique à large échelle de la Suisse (Figure 10) est souvent utilisée comme référence pour les travaux régionaux. Elle permet également de contextualiser le cadre global dans lequel s’inscrit le programme GEothermie2020 en présentant les différentes roches aquifères.

Figure 10: Séquence stratigraphique synthétique de la Suisse occidentale avec le potentiel aquifère des roches (modifié d’après (Charollais et al. 2013; Rusillon 2018;

Signorelli et al. 2004).

Le Quaternaire : constitué de moraines et de dépôts d’alluvion glacio-lacustres diverses.

Le Tertiaire

• OSM ou Molasse d’eau douce supérieure

• OMM ou Molasse marine supérieure

• USM ou Molasse d’eau douce inférieure Alternances de grès et marnes, intervalles riches en gypse.

Le Crétacé : alternances de calcaires massifs et de marnes. Crétacé supérieur en grande partie érodé, discordance majeure marquée d'une surface d'érosion largement karstifiée au sommet de l'intervalle mésozoïque.

Le Jurassique

• Malm : Tithonien composé de calcaires massifs parfois dolomitiques. Kimméridgien : calcaires massifs et récifs coralliens, latéralement calcaires fins, parfois plus marneux et en plaquettes. Oxfordien:

alternances calcaires micritiques à marnes grises.

• Dogger : calcaires marneux parfois gréseux, souvent spathique (échinodermique).

• Lias : transgression marine, alternances de marnes, calcaires argileux et argiles parfois riches en matière organique.

Le Trias

• Rhétien : intervalle marno-dolomitique. Puis argiles, grès et calcaires (sel, gypse et anhydrite).

• Keuper : gypse massif = niveau de décollement pour le plissement du Jura et du Salève.

• Muschelkalk : alternances grès, argiles, dolomies et anhydrites.

• Buntsandstein : grès avec cimentation argilo- dolomitique.

Le Permo-Carbonifère : grès et conglomérats, débris charbonneux

Le socle: gneiss riche en biotite avec schiste et granite.