WIND IconLe projet WIND a pour objectif de développer des méthodes d'imagerie sismique plus particulièrement adaptées à des dispositifs d'acquisition mis en oeuvre avec des parcs de stations sismiques (terrestres ou sous-marines) autonomes. Le fait que le dispositif de réception est fixe par rapport à celui des sources donne la flexibilité nécessaire pour positionner les capteurs par rapport aux sources avec des déports variables de manière à ce que les ondes enregistrées interagissent avec les hétérogénéités du sous sol de manière variée par transmission, réflexion ou diffraction. Le riche éclairage angulaire du sous-sol qui en découle  constitue un facteur favorable à une imagerie haute résolution multi-paramètre sous réserve que la méthode d'imagerie puisse assimiler la richesse de l'information contenue dans les mesures sismiques. Dans ce contexte, nous développons des méthodes d'imagerie par inversion de formes d'ondes complètes (FWI: Full Waveform Inversion) qui visent à reconstruire les propriétés constitutives du sous-sol en minimisant une distance entre les données enregistrées et leur analogues simulées numériquement.  Trois difficultés majeures sont à surmonter: (1) la nonlinéarité du problème inverse nécessitant de concevoir de nouvelles distances ou stratégies d'optimisation visant à étendre le régime linéaire de l'inversion ou l'espace de recherche. L'approche que nous développons repose sur la méthode de reconstruction de champs d'onde qui introduit une relaxation de l'équation d'onde généré par un terme de rappel aux observations pour mieux ajuster ces dernières lors du problème direct. (2) La non unicité de la solution résultant de l'éclairage incomplet du sous-sol depuis la surface nécessitant d'incorporer des a priori dans le processus inverse sous forme de contraintes ou de régularisations. Nous développons une librairie de régularisation incluant des functions non lisses (localement non différentiables) implémentées avec des algorithmes proximaux. (3) Le coût calculatoire de la simulation numérique des ondes dans des modèles de Terre en trois dimensions nécessitant l'utilisation maitrisée du calcul scientifique haute performance. Nous développons des algorithmes de simulation des ondes dans les domaines temps-espace et fréquence-espace où le problème numérique à résoudre est de nature très différente (problème d'évolution versus problème de condition aux limites). Dans le domaine fréquentiel, nous utilisons à la fois des méthodes directes fondées sur des solveurs multifrontaux tels que MUMPS et des méthodes hybrides fondées sur des préconditionneurs par décomposition en domaine. Nous développons également des méthodes tomographiques où les pentes d'évènements localement cohérents sont utilisées conjointement au temps de trajet des ondes pour améliorer la résolution des modèles et mieux poser le problème inverse via l'information supplémentaire fournie par les pentes. Ces modèles peuvent être utilisés comme modèles de réference ou modèles initiaux pour la migration avant-sommation profondeur et la FWI. On s'intéresse également au problème du design de l'acquisition qui doit se formuler comme un problème inverse. C'est un enjeu important pour des dispositifs de "nodes" où le nombre d'instruments est nécessairement limité et où il s'agit de minimiser l'empreinte de l'acquisition dans l'imagerie.

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Seismic imaging of a north sea oil and gas field by frequency-domain FWI (Full Waveform Inversion). (a) Slice across sand channel deposits at 175 m depth (vertical wavespeed). (b) Same as (a) across a gas cloud at 1km depth. (c-d) Vertical sections across the gas cloud (c) and its periphery (d) (vertical wavespeed). (e-f) Reflectivity images (sum of horizontal and vertical derivatives) of (c-d). (g-f) Vertical section of quality factor across (g) and away (h)  the gas cloud. (i) Wavefield simulation with the MUMPS multifrontal solver. Frequency is 13 Hz. Number of unknowns is 45 millions.
 

 

Site web : https://www.geoazur.fr/WIND
Financement: consortium de compagnies pétrolières (Chevron, Shell, Total), 405k€ sur 3 ans
PI: Stéphane Operto (email: ; tel: 04 83 61 87 52); Hossein Aghamiry (email: )
Sponsors: Chevron, Shell, Total.
Collaborations académiques: LJAD (UCA), LJLL (Sorbonne University), ENSEEIHT (Université de Toulouse), MUMPS-consortium, University of Tehran.
Dates : Janvier 2020-Décembre 2023
 

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Les séismes lents (SSE) sont des processus asismiques qui relâchent épisodiquement les contraintes accumulées sur certaines portions des failles. Leur découverte dans les zones de subduction témoigne d’une dynamique complexe des modes de glissement et de variations latérales de la friction le long du plan de faille. Si les SSE profonds ayant lieu en dessous des zones fortement couplées ont été étudiés de manière intensive, certaines zones de subduction hébergent un autre comportement transitoire où le glissement asismique se développe aux mêmes profondeurs que les grands séismes et est accompagné d’une intense activité micro-sismique. Ce processus que nous appelons "S5" est l’objet de ce projet.

Logo MARACASLes terrasses marines comme proxy pour l’appréhension de l’aléa sismique...

Les grands séismes de subduction se produisent juste en-dessous des zones côtières densément peuplées et sont par conséquent la source de risques très élevés pour ces régions. Parmi elles, la côte ouest de l'Amérique du Sud, située au-dessus de la plus longue et la plus active zone de subduction connue. Ce projet se concentre sur la partie nord de cette zone de subduction, du nord de l'Équateur jusqu'au nord du Pérou.
Anticiper l'emplacement des prochaines ruptures et leur magnitude est d'autant plus important pour anticiper les risques et protéger les populations. Jusqu'à récemment, les questions posées à la communauté scientifique, à savoir "quand, où et quelle sera la magnitude des prochains séismes ?" étaient prises en compte en utilisant les caractéristiques des grands séismes passés comme approximation des événements futurs possibles. Dans ce projet, nous proposons une approche complémentaire à la surveillance moderne des déformations et des contraintes des zones tectoniquement active.