6. Analyse d’images

6.1. Pourquoi employer l’analyse d’image ?

L’analyse d’image offre de nombreux avantages, elle permet entre autre d’obtenir différentes valeurs très précises sur les pores de la roche (comme leur forme, taille, aire, périmètre), d’évaluer et de quantifier les différents types de porosité.

6.2. Mode opératoire

6.2.1. Préparation de l’échantillon

Les plugs provenant des carottes ont été sciés en deux. Une moitié a été conservée comme archive, l’autre à servi à la confection de lames minces.

6.2.2. Acquisition des images

Les 119 lames minces ont été numérisées avec un scanner à diapositive « Dimage Scan Multi ». La résolution utilisée est de 2820 dpi. L’acquisition est effectuée en couleurs 24 bits (3x8 bits, RGB) avec interposition d’un filtre rouge qui met en évidence la porosité. Aucun grossissement n’est effectué.
L’utilisation d’un scanner pour l’acquisition comporte plusieurs avantages par rapport à un microscope équipé d’une caméra. Une seule image en sortie peut représenter la surface totale d’une lame mince, avec un bon niveau de détail (haute résolution). Un autre avantage est que la luminosité reste constante du centre à la périphérie de l’image.

6.2.3. Traitement des images

A partir des images scannées avec le filtre rouge, une correction des niveaux automatiques est effectuée avec le programme « Photoshop 6.0 ». Afin d’accentuer les différences entre la porosité et le matériel rocheux, un traitement des contrastes ainsi que des histogrammes des canaux RGB (red, green, blue) est nécessaire suivant la composition de la lame mince.

Le premier objectif est de dissocier les pores et le matériel solide de la roche, en identifiant les pores et en définissant leurs limites à l’aide du logiciel d’analyse d’images « Visilog 5.4». Ce processus est appelé segmentation, seuillage ou encore binarisation de l’image. Il mène à ce que tous les pores aient la même couleur (blanche) et que le matériel rocheux en possède une différente (noire). Ce processus transforme une image 24 bits en une image binaire. Le choix du seuil est laissé libre à l’utilisateur. Une comparaison minutieuse à été effectuée afin d’éliminer les quelques différences restantes entre ce qui paraissait être de la porosité sous lame mince et ce qui est classé comme porosité sur l’image binaire.

Le rapport entre les pixels blancs de l’image (les pores) et le nombre total de pixel dans l’image correspond à la porosité. Cette porosité est exprimée en pourcentage.

Afin d’automatiser les résultats sur les 119 échantillons, un script Visilog a été utilisé (Annexes : Planche 2 : Explication et diagramme des étapes du script Visilog).

Le second objectif est de caractériser la géométrie des pores en mesurant les paramètres suivants :

- l’aire : somme des pixels d’un pore
- le périmètre de Crofton : mesure d’un périmètre selon 8 diamètres
- le diamètre du cercle d’aire équivalente :
- l’orientation : en degré -90 à +90
- l’excentricité : excentricité du pore
- le facteur de forme :

Le résultat fourni étant en pixel, un calibrage a été nécessaire pour avoir des mesures en μm.

Ces différents paramètres permettent de mieux comprendre et décrire le comportement pétrophysique des roches et de préciser lequel d’entre eux a le plus d’influence sur celui-ci. En effet, si la porosité affecte les propriétés physiques des roches, la géométrie des pores joue également un rôle déterminant (Ehrlich et al., 1991 ; Eberli, 1993 ; Lucia, 1995 ; Melim et al., 1998). Les pores allongés comme les fissures ont des effets différents sur les propriétés physiques que des pores plus arrondis comme ceux provenant de la dissolution moldique (Brie et al., 1985 ; Wilkens et al., 1991). Le facteur de forme et la taille (aire) des pores décrivent la géométrie du réseau poreux.

6.3. Acquisition d’images au MEB

6.3.1. Pourquoi utiliser le MEB ?

La comparaison des porosités effectuées en laboratoire avec celles calculées à l’aide de l’analyse d’image montre que ces dernières sont dans l’ensemble sous estimées. Cette différence provient du fait que la microporosité n’a pas été prise en compte dans l’analyse d’image.

6.3.2. Méthodologie

Afin de corriger cette erreur, un nouveau traitement a été effectué avec Visilog 5.4 sur les lames minces scannées mais cette fois-ci en ne sélectionnant que la micrite afin d’estimer un pourcentage de micrite contenue dans chaque lame mince. La quantification de la microporosité de la micrite a été obtenue au microscope électronique à balayage (JEOL JSM 6400). L’acquisition a été réalisée en mode rétrodiffusé sur lames minces ayant subi un polissage ultrafin.

Deux images bitmap sont acquises par échantillon et possèdent une résolution de 96 ppp (points par pouce) et une taille de 1068 x 800 et le grossissement utilisé est de 1000 x. L’emplacement pour l’acquisition qui a été noté au préalable sur la lame mince correspond à une zone de la lame riche en micrite.

Afin d’avoir un éventail complet et représentatif de l’affleurement, un échantillon au minimum de chaque lithologie a été sélectionné. 11 échantillons ont été préparés, ce qui donne 22 images MEB. Ces 22 images ont été traitées sous Visilog 5.4 et une porosité moyenne dans la micrite a été obtenue pour l’ensemble des échantillons prélevés. Cette porosité moyenne représente une bonne estimation de la porosité (ou plutôt de la microporosité) dans la micrite (matrice, péloïdes,…) de nos échantillons.

La porosité moyenne dans la micrite ou la microporosité moyenne est de 19,6%. Pour obtenir la porosité totale calculée à l’aide de l’analyse d’image sur un échantillon, il faut la pondérer avec le pourcentage de matrice contenue dans la lame mince.

Le calcul est :

Avec des valeurs comprises entre 0 et ~72% de matrice, la correction peut atteindre jusqu’à 14% de porosité en plus, ce qui est très important. Le graphique suivant montre la relation entre la porosité d’analyse d’image originale et celle corrigée avec la microporosité (Fig. 28).

Cliquez surl'image pour agrandir

Fig. 28 : Porosité analyse d’image non corrigée vs. porosité analyse d’image avec microporosité

Pour mettre en évidence l’utilité de cette méthode, les deux graphiques suivants permettent de voir clairement l’amélioration qu’apporte la microporosité à la porosité acquise à l’aide de l’analyse d’image par rapport à celle mesurée en laboratoire (Fig. 29 et 30).

Fig. 29 : Porosité a.i. sans microporosité vs. porosité laboratoire	Fig. 30 : Porosité a.i. avec microporosité vs. porosité laboratoire

Lorsque la correction est ajoutée, l’ensemble de la porosité, qui était anciennement largement sous estimée, est rehaussée et se corrèle bien avec l’analyse effectuée en laboratoire. De plus, alors que la dispersion des valeurs était grande sans l’ajout de la microporosité, avec cette dernière la dispersion est nettement moins élevée, preuve de l’importante microporosité dans nos échantillons. Cette méthode d’évaluation de la porosité totale d’une roche, à partir de l’analyse d’image doit être appliquée lorsque la microporosité est importante.
La précision des mesures pourrait être améliorée en mesurant systématiquement la microporosité au MEB pour chaque échantillon. Si cela n’a pas été fait, c’est que la préparation des lames minces pour une analyse MEB en mode rétrodiffusé est un travail de grande précision qui requiert beaucoup de temps.

Un autre facteur d’erreur provient du pourcentage de matrice au sein d’un échantillon. En effet, la quantité de celle-ci est quantifiée par analyse d’image en effectuant un seuillage sur les parties les plus foncées de l’image. Cette méthode est assez fiable mais il faut quand même prendre en compte une marge d’erreur issue des particules foncées non micritiques de la lame mince.

6.4. Compilation des données

Un tableau compilant l’ensemble des analyses décrites dans ce chapitre est donné dans les annexes de ce travail (Annexes : Tableau 3 : Tableau récapitulatif des différentes analyses). Les abréviations des différentes colonnes sont les suivantes :

Mesures effectuées en laboratoire :

Observations faites sur lames minces :

Traitement des images sur les lames scannées :

Ce tableau récapitulatif, qui sera utilisé pour l’analyse de données, permet de visionner l’ensemble des variables utiles et d’en déceler certaines particularités.
Chaque paramètre a été vérifié afin d’éviter la moindre erreur. La vérification a été essentielle, car elle a permis de déceler une erreur importante : le périmètre calculé par Visilog ne donne qu’une grossière approximation de celui-ci et ne calibre pas les valeurs selon le choix de l’utilisateur, c’est pourquoi il a été préférable d’utiliser le périmètre de Crofton (cf. 6.2.3. Traitement des images) qui donne une valeur bien plus proche de la réalité et calibre surtout les résultats selon l’échelle donnée par l’utilisateur.

6.5. Conclusions

L’objectif de cette analyse était premièrement de mesurer la porosité, sur les 119 échantillons prélevés, par une autre méthode que celle utilisée en laboratoire de pétrophysique. Vu qu’aucune méthode de mesure de la porosité ne donne de valeurs parfaitement exactes, mieux vaut valider la porosité de chaque échantillon par plusieurs méthodes.

Pour mesurer la porosité en analyse d’image, l’utilisation du MEB est indispensable, car la part de microporosité est loin d’être négligeable dans les échantillons étudiés. Le MEB apporte donc une correction aux résultats trouvés sur les images des lames minces scannées, correction qui permis de trouver une très bonne corrélation entre la porosité mesurée en laboratoire et celle calculée en analyse d’image.

De plus, l’analyse d’image fournit un certain nombre de mesures sur le milieu poreux comme par exemple l’aire moyenne des pores ou encore l’orientation de ceux-ci. Toutes ces mesures ont été rassemblées dans l’annexe 19, étudié dans le chapitre suivant.