Figure 1. Réponses électriques obtenues avec PETGEM pour un modèle de résistivité arbitraire en 3D
La modélisation géo-électromagnétique 3D est une technique de sondage permettant d'obtenir la distribution de la résistivité électrique du sous-sol à partir de la mesure simultanée de champs électromagnétiques (EM) induits naturellement ou artificiellement dans le sous-sol terrestre. La réponse EM aux sources d'excitation dépend de la résistivité électrique des structures géologiques. À partir de cette dépendance, il est possible d'extraire des informations utiles du sous-sol pour améliorer et renforcer la caractérisation et l'interprétation géophysiques. Par conséquent, les méthodes géo-électromagnétiques 3D ont été largement utilisées pour cartographier les variations de conductivité/résistivité du sous-sol pour un ensemble diversifié d'applications dans l'exploitation de minéraux et de ressources, les études de conductivité crustale, la caractérisation du stockage du CO2, l'imagerie de gisements géothermiques et l’exploration d'hydrocarbures marins. L'interprétation rigoureuse de données électromagnétiques dans des environnements géologiques complexes nécessite des outils de modélisation précis et efficaces. Avec ces outils, les équations de diffusion de Maxwell sont résolues dans la gamme des basses fréquences pour obtenir une prédiction de la réponse EM.
Dans le cadre du projet PIXIL, des chercheurs du Barcelona Supercomputing Center (BSC) ont travaillé au développement et à l'amélioration du code PETGEM, qui est une routine parallèle et de haut niveau pour la modélisation électromagnétique dans des configurations réalistes. La tâche de développer et de mettre en œuvre la nouvelle version du code a nécessité la collaboration de différentes institutions universitaires, dont l'Université de Barcelone (UB), le Basque Center for Applied Mathematics (BCAM) et le BSC. En outre, il a été possible d'établir un lien avec le secteur industriel pour améliorer l'outil technologique. Le BSC a notamment collaboré avec Geode-Solutions afin de développer un démonstrateur pour la génération de mailles sur mesure pour la modélisation électromagnétique avec PETGEM. Cette collaboration entre l'université et l'industrie a été formalisée par la signature d'une licence à usage limité entre BSC et Geode-solutions.
En outre, PETGEM a été sélectionné pour la première étude de pré-évaluation du programme Lab-to-Market (L2M) du réseau de R&D Énergie pour la Société (XRE4S). Le programme L2M est le programme d'exploration de la technologie XRE4S. Il consiste en une pré-évaluation de la technologie, de l'opportunité de marché et de l'analyse du statut et de la stratégie de propriété intellectuelle. Les efforts déployés dans le cadre du programme d'exploration L2M seront axés sur l'étude des besoins du marché de l'énergie géothermique (au niveau local) et sur la manière dont la technologie PETGEM peut contribuer à la détection et à la caractérisation de gisements géothermiques à l'aide de méthodes EM et de calcul haute performance (HPC).
Les capacités et les performances de PETGEM ont été évaluées l'année dernière, en mettant l'accent sur l'énergie géothermique. Les articles suivants sont issus de ce travail de recherche et de collaboration :
- Castillo-Reyes, O., Queralt, P., Marcuello, A., & Ledo, J. (2021). Land CSEM simulations and experimental test using metallic casing in a geothermal exploration context: Vallès Basin (NE Spain) case study. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing (Early access).
- Castillo-Reyes, O., Modesto, D., Queralt, P., Marcuello, A., Ledo, J., Amor-Martin, A., de la Puente, J., García-Castillo, L.E. (2021). 3D magnetotelluric modeling using high-order tetrahedral Nédélec elements on massively parallel computing platforms. Submitted to Computers & Geosciences
- Werthmüller, D., Rochlitz, R., Castillo-Reyes, O., & Heagy, L. (2021). Towards an open-source landscape for 3-D CSEM modelling. Geophysical Journal International, 227(1), 644-659.
- Castillo-Reyes, O., Amor-Martin, A., Botella, A., Anquez, P., García-Castillo, L.E. (2021) Adaptive mesh refinement for 3D electromagnetic modeling using high-order edge elements. Submitted to Computational Geosciences.
L'une des principales conclusions de ce travail de recherche est que les caractéristiques de PETGEM satisfont aux exigences de modélisation de configurations géo-électromagnétiques 3D difficiles en utilisant des architectures multi-cœurs modestes et des clusters de calcul parallèle à grande échelle. En outre, les résultats confirment qu'une approche triple-hélice basée sur des méthodes d'éléments finis d'ordre élevé, un maillage adaptatif et le calcul haute performance (HPC) peut être très compétitive pour la résolution de modèles 3D réalistes et complexes en électromagnétisme géophysique. Ces résultats de PIXIL seront utiles aux géophysiciens intéressés par les modèles géo-électromagnétiques arbitraires 3D.