sédimentologue
Brigaud, B., 2018. Les sédiments marins et côtiers de plate-forme : des environnements de dépôt aux réservoirs et gisements. Processus, propriétés et perspectives. Habilitation à Diriger des Recherches, Université Paris-Sud (Orsay), 498 p. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02546436
Le projet « UPscaling and heat simulations for improving the efficiency of deep GEOthermal energy » UPGEO, porté par Benjamin Brigaud (GEOPS), a été sélectionné par l’ANR pour un financement de 4 ans. Ce Programme de Recherche Collaboratif (PRC) fait partie des projets financés dans l’appel à projets générique 2019, Axe 2.1 « Une énergie durable, propre, sûre et efficace ». Outre GEOPS (Benjamin Brigaud, porteur du projet, Hermann Zeyen, Thomas Blaise et Bertrand Saint-Bézar), UPGEO regroupera quatre autres laboratoires académiques : Laboratoire de Mathématique d’Orsay (LMO), Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE), l’Institut Camille Jordan (ICJ), Géoressources et Environnement (G&E), deux établissements publics à caractère industriel et commercial (BRGM et IFPEN) et un acteur industriel du secteur de la géothermie (GEOFLUID). Ce projet sera un des projets structurant à l’échelle nationale sur le rôle des réservoirs du sous-sol dans la transition énergétique.
Résumé du projet
La géothermie, c’est-à-dire la mobilisation de la chaleur contenue dans le sous-sol à très basse, basse ou haute température, est l’une des méthodes pour réaliser la transition énergétique. La stratégie énergie-climat de l’Ile-de-France prévoit d’augmenter assez significativement à l’horizon 2030 la production de chaleur par géothermie profonde (x3,5 par rapport à 2015). Le rythme de développement actuel ne permettra pas d’atteindre cet objectif. Il faudrait atteindre un taux de 6 à 10 fois supérieur. La nouvelle programmation pluriannuelle de l’énergie renouvelable vient de revoir à la baisse ces objectifs en terme de déploiement de la géothermie profonde en France. Les retours d’expérience sur les opérations récentes en France ont soulevé des problèmes techniques et/ou scientifiques pour un fonctionnement efficace et durable des doublets géothermiques, tels que le risque élevé, mais non quantifié, de faible débit d’eau / faible épaisseur du réservoir (métrique), le risque d’interférence entre doublets géothermiques dans les zones urbaines à forte densité d’infrastructures ou le risque de percée thermique précoce. Il existe un réel risque qu’une opération nouvelle n’obtienne pas une ressource géothermique présentant des caractéristiques de débit et de température suffisantes pour assurer la rentabilité du projet pendant sa durée de vie. Ce risque géologique constitue un obstacle au développement futur de la géothermie en France et en Ile-de- France. Il est clairement établi dans la stratégie énergie-climat de travailler à l’innovation en proposant des solutions qui optimisent et explorent le développement de nouvelles zones. Cette optimisation nécessite (1) une connaissance précise de l’hétérogénéité du réservoir en termes de géométries sédimentaires, porosité/perméabilité, connectivité du réservoir et (2) des simulations numériques fiables des écoulements et flux de chaleur à +30 ans, voire +100 ans après le début de la production. Le principal objectif du projet est de réussir le changement d’échelle entre la perméabilité mesurée en laboratoire et la connectivité sédimentaire des corps réservoirs à l’échelle kilométrique. La façon d’homogénéiser les coefficients efficaces comme la porosité, la perméabilité, la déformation mécanique (tenseur de Gassman et coefficient de Biot) ou la dispersion thermique effective par des équations valables en tout point pour les constituants fluides et solides constituera le défi majeur de ce projet qui nécessitera de coupler des données et concepts géologiques et mathématiques. Un des challenges sera d’associer deux communautés scientifiques travailllant rarement ensemble en France : géologues et mathématiciens.
UPGEO propose de se concentrer principalement sur l’étude des caractéristiques fines des deux principaux réservoirs géothermiques (calcaires du Jurassique moyen et sables du Crétacé inférieur) de la région Ile-de-France. Les résultats attendus devront permettre de proposer un outil numérique prédictif permettant d’effectuer des simulations thermo-hydro-mécaniques et d’évaluer la performance d’un lieu donné sur son potentiel géothermique en termes de porosité/perméabilité, de productivité, de température, de quantité d’énergie. Il s’agit d’être en mesure de fournir un outil d’aide à la décision pour la mise en place des futurs puits géothermiques en donnant des critères de risque à prendre en compte pour le placement des futurs doublets.
Voir en ligne : Résultats appel à projets génériques 2019
La région Ile-de-France financera les travaux de GEOPS sur la géothermie et le rôle du sous-sol dans la transition énergétique, en partenariat avec l’entreprise GEOFLUID. Ce programme sur les propriétés réservoirs du sous-sol du bassin de Paris est soutenu par le Domaine d’Intérêt Majeur (DIM) « Réseau d’Île-de-France en sciences des solides poreux » RESPORE. Ce financement a permis l’embauche d’un doctorant qui modélisera les qualités des réservoirs géothermiques du sous-sol de l’Ile-de-France (thèse de Maxime Catinat).
En effet, la géothermie est l’une des méthodes pour réaliser la transition énergétique. La stratégie énergie-climat de l’Ile-de-France prévoit d’augmenter assez significativement à l’horizon 2030 la production de chaleur par géothermie profonde (x3,5 par rapport à 2015). Le rythme de développement actuel ne permettra pas d’atteindre cet objectif. Il faudrait atteindre un taux de 6 à 10 fois supérieur. Il existe un réel risque qu’une opération nouvelle n’obtienne pas une ressource géothermique présentant des caractéristiques de porosité/perméabilité et de température suffisantes pour assurer la rentabilité du projet pendant sa durée de vie. Ce risque géologique constitue un obstacle au développement futur de la géothermie en Ile-de- France. L’optimisation de l’utilisation de la géothermie nécessite (1) une connaissance précise de l’hétérogénéité du réservoir en termes de porosité/perméabilité ou de connectivité du réservoir et (2) des simulations numériques fiables des écoulements et flux de chaleur à +30 ans, voire +100 ans après le début de la production. Le principal objectif est de proposer une modélisation géologique 3D fiable des géométries stratigraphiques et de bien simuler l’écoulement sur la partie Est francilienne. Le projet GÉOMOD propose de se concentrer principalement sur l’étude des caractéristiques fines des deux principaux réservoirs géothermiques (calcaires du Jurassique moyen et sables du Crétacé inférieur) de la région Ile-de-France. Les résultats attendues devront permettre de proposer un outil numérique prédictif de la performance d’un lieu donné sur son potentiel géothermique en termes de porosité/perméabilité, de productivité, de température, de quantité d’énergie. Il s’agit d’être en mesure de fournir un outil d’aide à la décision pour la mise en place des futurs puits géothermiques en donnant des critères de risque à prendre en compte pour le placement du doublet.
Andrieu, S., Brigaud, B., Barbarand, J., Lasseur, E., Haurine, F., 2018. Peut-on reconstruire les paléo-environnements lorsque les sédiments sont absents ? Résultats de l’analyse des ciments précoces de discontinuités par analyse géochimique in situ (SIMS et LA-ICP- MS), 26ème Réunion des Sciences de la Terre, Lille, 22-26 octobre 2018. p. 121 Téléchargement
Barbarand, J., Brigaud, B., Gautheron, C., Delpech, G., Boukari, C., Pinna-Jamme, R., 2018. Empreinte thermique des fluides minéralisateurs à l’interface socle couverture, 26ème Réunion des Sciences de la Terre, Lille, 22-26 octobre 2018, p. 432 Téléchargement
Brigaud, B., Bonifacie, M., Pagel, M., Calmels, D., Landrein, P., 2017. Evidence of an Early Cretaceous hydrothermal event in the Middle Jurassic limestones of the Paris Basin, 26ème Réunion des Sciences de la Terre, Lille, 22-26 octobre 2018. p. 126 Téléchargement
Brigaud, B., Vincent, B., Pagel, M., Gras, A., Noret, A., Landrein, P., Huret, E., 2018. Sedimentary architecture, depositional facies and diagenetic response to intracratonic deformation and climate change inferred from outcrops for a pivotal period (Jurassic/Cretaceous boundary, Paris Basin, France), 26ème Réunion des Sciences de la Terre, Lille, 22-26 octobre 2018. p. 7 Téléchargement
Virolle, M., Brigaud, B., Luby, S., Féniès, H., Bourillot, R., Portier, E., Nouet, J., Patrier, P., Beaufort, D., 2018. Origin and spatial distribution of clay coatings in estuarine deposits: Comparisons between a modern analogue (Gironde estuary, France) and deep sandstone reservoirs (Bonaparte Basin, Permian), 26ème Réunion des Sciences de la Terre, Lille, 22-26 octobre 2018, p. 142 Téléchargement
Virolle, M., Brigaud, B., Féniès, H., Bourillot, R., Portier, E., Patrier, P., Beaufort, D., 2018. Processus sédimentaires et de piégeage des argiles au sein de dépôts sableux dans l’estuaire de la Gironde, 26ème Réunion des Sciences de la Terre, Lille, 22-26 octobre 2018. p. 89 Téléchargement
Retrouvez l’article dans le volume 92 numéro 40 du 4 octobre 2011 dans EOS résumant l’étude de Yannick Donnadieu, Gilles Dromart, Yves Goddéris, Emmanuelle Pucéat, Benjamin Brigaud, Guillaume Dera, Christophe Dumas, Nicolas Olivier intitulée « A mechanism for brief glacial episodes in the Mesozoic greenhouse » parue dans la revue Paleoceanography n°26, PA3212 [PDF] en 2011.
Envie de faire une thèse ?
Retrouvez mon témoignage sur le déroulement d’une thèse dans le livret de l’Andra intitulé « 2006-2009 4 ans de recherches scientifiques à l’Andra pour les projets de stockage »:
Le PDF de la thèse de Simon Andrien, intitulée « Lien entre diagenèse des discontinuités, faciès sédimentaire et stratigraphie séquentielle : exemple de la plateforme carbonatée de l’Ouest de la France (Aalénien-Oxfordien)« , est maintenant disponible. Cette thèse est le fruit de la collaboration n°P04990 entre le Brgm et l’Université Paris-Sud intitulée « Microfaciès, stratigraphie séquentielle et diagenèse des carbonates du Jurassique de l’Ouest du Bassin de Paris : Influence sur la distribution des propriétés pétrophysiques » qui a permis le bon déroulement du projet avec le financement d’une partie des analyses et du terrain effectué dans les sédiments d’âge jurassique de la partie Ouest de la France (de la Normandie aux Charentes). Cette thèse présente la particularité de consacrer une large partie aux descriptions et analyses de terrain sur une centaine d’affleurements (1ère année) tout en couplant les analyses fines d’échantillons aux (2) microscopes (2ème année) et (3) aux microsondes électronique (Electron probe micro analyser) et ionique (Ion Microprobe Spectrometer IMS). Les objectifs (1) de définir les facteurs contrôlant le développement à grande échelle des plateformes carbonatées intracratoniques et (2) de relier la diagenèse précoce des discontinuités avec les paléoenvironnements et les modèles de stratigraphie séquentielle ont été pleinement atteints. La topographie du socle contrôle la répartition latérale des bathymétries de l’Aalénien jusqu’au Bathonien moyen. La tectonique régionale favorise ou empêche localement la production carbonatée. Les phases de disparition et de croissance de la plateforme observées à l’Ouest de la France sont en fait généralisées à l’échelle des bassins ouest-téthysiens et concomitants d’un cycle climatique d’une période de 9 millions d’années, ce qui suggère l’importance du changement climatique sur la production carbonatée. La production carbonatée est faible pendant les périodes humides et importante au cours des périodes sèches perturbées par de courtes moussons. Des analyses isotopiques (δ18O et δ13C) à haute résolution ont été réalisées sur des ciments précoces variés localisés sous des discontinuités, permettant de reconstituer l’histoire paléoenvironnementale aboutissant à leur formation. Les ciments en dents de chien ainsi que les ménisques et enveloppes micritiques analysées ont précipité directement en calcite faiblement magnésienne dans l’eau de mer. Un nouveau modèle reliant architecture, stratigraphie séquentielle, faciès et diagenèse précoce est proposé pour une bordure de plateforme oolithique. Sur la plateforme interne, les discontinuités passent latéralement de surfaces subaériennes à des hardgrounds marins, dont l’érosion aboutit au dépôt de niveaux à intraclastes sur la bordure de plateforme. La cimentation précoce est uniquement localisée sous les discontinuités et est absente dans la bordure de plateforme où la sédimentation est continue.
Après un post-doc au 1er semestre 2017 à GEOPS, Simon est maintenant ingénieur géologue au BRGM.
PUBLICATIONS
Andrieu S., Brigaud B., Barbarand J., Lasseur E., 2017. The complex diagenetic history of discontinuities in shallow-marine carbonate rocks : New insights from high-resolution ion microprobe investigation of δ18O and δ13C of early cements. Sedimentology.
Andrieu S., Brigaud B., Barbarand J., Lasseur E., 2017. Linking early diagenesis and sedimentary facies to sequence stratigraphy on a prograding oolitic wedge : the Bathonian of western France (Aquitaine Basin). Marine and Petroleum Geology. 81, 169-195 news GEOPS
Andrieu, S., Brigaud, B., Barbarand J., Lasseur, E., Saucède T., 2016. Disentangling the control of tectonics, eustasy, trophic conditions and climate on shallow-marine carbonate production during the Aalenian-Oxfordian interval : from the western France platform to the western Tethyan domain. Sedimentary Geology. 345, 54-84 news GEOPS
MANUSCRIT DE THESE
Andrieu, S., 2016. Lien entre diagenèse des discontinuités, faciès sédimentaire et stratigraphie séquentielle : exemple de la plateforme carbonatée de l’Ouest de la France (Aalénien-Oxfordien). Thèse de doctorat, Université Paris Saclay, 445 pages
Retrouvez le détail du sujet de thèse démarrant à la rentrée 2015. (Lien Web). Ce sujet de thèse intitulé « Origine et prédiction spatio-temporelle des tapissages argileux dans les réservoirs silicoclastiques – Apports de la comparaison entre des réservoirs anciens (Dévonien à Jurassique) et d’analogues actuels (Bassin d’Arcachon et Estuaire de la Gironde) » vise à mettre en parallèle (1) des observations et caractérisations sédimentologiques de dépôts quaternaires avec (2) des observations et analyses d’échantillons de subsurface afin de mieux comprendre l’origine du développement des tapissages argileux dans les grès. Il s’agira également de tester le degré de relation entre ce processus physico-chimique et le développement de réservoirs ou la préservation de qualités réservoirs. Ce projet s’insère dans un programme de recherche et développement (R&D) en géologie sédimentaire intitulé CLAYCOAT « CLAY COATing in shallow marine clastic deposits to improve reservoir quality prediction ». CLAYCOAT est un programme national financé par ENGIE associant les Universités Paris-Sud, de Poitiers, l’Institut Polytechnique de Bordeaux et ENGIE.
L’étude multi-laboratoires, associant l’Université Paris-Sud, Cambridge Carbonate Ldt, l’Université de Rennes 1, l’Université de Lorraine et l’Andra, intitulée « Growth and demise of the Jurassic carbonate platform in the intracratonic Paris Basin (France): interplay of climate change, eustasy and tectonics » vient d’être publiée dans la revue Marine and Petroleum Geology.
Dans le contexte actuel de changements environnementaux liés aux activités anthropiques (relargage de CO2, déforestation, pollution…), il convient de mieux comprendre l’évolution et le fonctionnement de certains écosystèmes très riches comme les lagons et récifs coralliens des mers subtropicales. En effet, ces écosystèmes de lagons et plus largement ceux des plateformes carbonatées peu profondes peuvent être particulièrement sensibles aux effets directs de ces activités anthropiques comme le réchauffement climatique, la hausse du niveau marin, l’acidification des eaux de surface, l’augmentation du relargage de particules fines (boue). En France, notre territoire se trouvait sous une latitude sub-tropicale (30°N) durant le Jurassique (de 200Ma à 145Ma) et était recouvert d’une mer chaude et globalement peu profonde. Dans l’Est de la France, cette mer a laissé dernière elle plus d’1 km en épaisseur de sédiments qui se sont déposés sur une grande plateforme carbonatée, formant maintenant des calcaires avec des coraux, bivalves ou oolithes, marnes, argiles ou sables. Il est donc possible, en étudiant ces roches, d’apporter des réponses sur les facteurs contrôlant l’évolution des écosystèmes carbonatés.
L’objectif de ce travail a donc été de se servir de ces archives carbonatées datant du Jurassique, affleurant en carrière ou carottées jusqu’à 1300 m de profondeur dans le forage profond de l’Andra de Montiers-sur-Saulx dans l’Est de la France. Durant les 55 millions d’années du Jurassique, cette immense plateforme carbonatée montre 8 phases successives de forte production carbonatée avec des coraux, bivalves, gastéropodes, oolites, entrecoupées de 7 crises où la sédimentation a été argileuse. Ces huit phases de forte croissance ont été comparées à la courbe standard de variation du niveau marin, aux régimes tectoniques et à des données isotopiques en oxygène (courbe de variation de la température de l’eau de mer) et aux cortèges minéralogiques argileux.
L’étude intitulée « Reconstruction of low burial (< 100 °C) in sedimentary basins: A comparison of geothermometer sensitivity in the intracontinental Paris Basin » par Thomas Blaise , Jocelyn Barbarand , Myriam Kars , Florian Ploquin , Charles Aubourg , Benjamin Brigaud , Michel Cathelineau , Abderrazak El Albani , Cécile Gautheron , Alain Izart , Dominique Janots , Raymond Michels , Maurice Pagel , Jean-Pierre Pozzi , Marie-Christine Boiron , Philippe Landrein vient d’être acceptée pour publication à la revue Marine and Petroleum Geology.
Cette étude est l’une des premières à comparer différents geothermomètres – thermochronologie traces de fission, microthermométrie des inclusions fluides, minéraux argileux, réflectance de la vitrinite, pyrolyse Rock-Eval, présence de dolomite baroque et technique « MagEval »- afin de reconstruire l’histoire d’enfouissement d’un bassin intracratonique. Le cas d’étude choisi a été l’Est du Bassin de Paris, et notamment les séries sédimentaires du Jurassique proche de la zone du laboratoire souterrain de l’Andra (Forage de Montiers-sur-Saulx). L’emploi de ces techniques et les modélisations à partir des traces de fission et de l’évolution de la matière organique indiquent des températures atteintes au maximum d’enfouissement d’environ 25°C plus hautes que celles mesurées actuellement dans la zone. Une température maximum de 50°C dans les argiles du Callovo-Oxfordien est très probablement atteinte à la fin du Crétacé. Toutes les techniques s’avèrent complémentaires mais seules les données de matière organique et de traces de fission sur apatites apportent des contraintes en terme de temps-température et donc sur le maximum thermique.
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