Bravo à Codjo Essou, actuellement en Thèse CIFRE entre l’Université Paris-Saclay et GEOFLUID, pour l’obtention de son diplôme de Master (promo 2020), qui lui a été remis le 29 avril 2022. Codjo avait effectué un des 1er stage de Master du projet UPGEO, effectué à l’Université Paris-Saclay: « Simulation numérique dans le réservoir géothermique carbonaté du Jurassique moyen du Bassin de Paris ». Il a été félicité par notre ex-présidente pour son parcours quelque peu extraordinaire. Son témoignage a été publié dans le Fil Prune #25, journal d’information de l’Université Paris-Saclay. Félicitations !
Géochronologie U-Pb sur calcite appliquée à la lithification des hardgrounds et à la datation des limites de séquences stratigraphiques
Benjamin Brigaud1, Simon Andrieu2, Thomas Blaise1, Frédéric Haurine1, Jocelyn Barbarand1
1Université Paris-Saclay, CNRS, GEOPS, 91405 Orsay, France
2BRGM, 3 avenue Claude Guillemin, BP 36009, 45060 Orléans, France
Les discontinuités de type hardground sur les plates-formes carbonatées forment d’importantes surfaces stratigraphiques qui peuvent être utilisées à l’échelle du bassin pour corréler les limites des séquences stratigraphiques. Bien que ces surfaces soient couramment utilisées en stratigraphie séquentielle, le moment et la durée de leur lithification et de la cristallisation des premiers ciments restent peu explorés. Dans cette étude, les premiers ciments calcitiques obturant l’espace inter-granulaire des carbonates du Jurassique des bassins de Paris et Aquitain ont été datés par géochronologie U-Pb dans cinq hardgrounds. La position stratigraphique, le cadre séquentiel à haute résolution et leur contexte sédimentologique permettent d’attribuer ces hardgrounds à des limites de séquence de 3ème ordre, correspondant à des limites de type maximum regressive surface. La cohérence ou la légère déviation entre l’âge des ciments et l’âge stratigraphique des discontinuités illustre le fait que la cimentation s’est produite au début de l’histoire diagénétique. Les âges obtenus sur les ciments en dents de chien (âge à 163.5±6.0 Ma, soit ± 3.7% à 2σ) et les ciments microstalactitiques (âge à 164.0±9 Ma, ± 5.5% à 2σ) sont très cohérents avec les âges supposés de la sédimentation contrainte à la précision des zones biostratigraphiques à ammonites. Cela permet d’entrevoir que la géochronologie in situ U-Pb sur calcite serait une méthode prometteuse pour dater les limites des séquences de dépôt et affiner, dans le futur, l’échelle des temps géologique du Jurassique.
NMR contribution in sub-horizontal well for porosity-permeability heterogeneity characterization in limestones: implications for 3D reservoir prediction and flow simulation in a world class geothermal aquifer
Maxime Catinat1,2 Benjamin Brigaud1, Miklos Antics2
1Université Paris-Saclay, GEOPS, CNRS, 91405 Orsay, France
2GEOFLUID, 165 Rue de la belle étoile, 95700 Roissy CDG, France
3IFP Energies Nouvelles, 1-4 Avenue de bois préau, 92852 Rueil-Malmaison, France
4BRGM, 3 Avenue Claude Guillemin, 45100 Orléans
5Université Paris-Saclay, CNRS, CEA, UVSQ, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, 91191, Gif-sur-Yvette, France
With around 50 heating networks today operating, the aera around Paris is the European region which concentrates the most heating network production units in terms of deep geothermal energy. In France, the energy-climate strategy plans to produce 6.4TWh in 2023, compared to 1.5TWh produced in 2016 [1]. Despite an exceptional geothermal potential, the current average development rate of 70MWh/year will not allow this objective to be achieved, it would be necessary to reach a rate of 6 to 10 times higher. The optimization of the use of deep geothermal energy is a major challenge for France, and in Ile-de-France, which has a population of nearly 12 million inhabitants. This project aims to reconstruct and simulate heat flows in the Paris Basin using an innovative methodology (1) to characterize, predict and model the properties of reservoirs (facies, porosity, permeability) and (2) simulate future circulations and predict the performance at a given location (sedimentary basin) on its geothermal potential. This study focuses on a high density area of well infrastructures around Cachan, (8 doublets, 1 triplet in 56 km2). A new sub-horizontal doublet concept has been recently (2017) drilled at Cachan to enhance heat exchange in medium to low permeability formations [2]. Nuclear Magnetic Resonance (NMR T2) logs have been recorded in the sub-horizontal well (GCAH2) providing information on pore size distribution or permeability. We integrated all logging data (gamma ray, density, resistivity, sonic, NRM T2) of the 19 wells in the area and 120 thin section observations from cuttings to derive a combined electrofacies-sedimentary facies description. A total of 10 facies is grouped into 5 facies associations coded in all the 19 wells according to depths and 10 3rd order stratigraphic sequences are recognized. The cell size of the 3D grid was set to 50 m x 50 m for the XY dimensions. The Z-size depends on the thickness of the sub-zones, averaging 5 m. The resulting 3D grid is composed of a total of nearly 800 000 cells. After upscaled, facies and stratigraphic surfaces are used to create a reliable model using the “Truncated Gaussian With Trends” algorithm. The petrophysical distribution “Gaussian Random Function Simulation” is used to populate the entire grid with properties, included 2000 NMR data, considering each facies independently. The best reservoir is mainly located in the shoal deposits oolitic grainstones with average porosity of 12.5% and permeability of 100 mD. Finally, hydrodynamic and thermal simulations have been performed using Pumaflow to give information on the potential risk of interference between the doublets in the area and advices are given in the well trajectory to optimize the connectivity and the lifetime of the system. NMR data, especially permeability, allow to greater improve the simulations, defining time probabilities of thermal breakthrough in an area of high density wells.
Référence
[1] Ministère de la Transition écologique et solidaire, Stratégie Française pour l’énergie et le climat, Programmation pluriannuelle de l’énergie. 2019.
[2] Wielemaker, E. Cavalleri, C., Dahlhaus, L., Reynaldos A., Sosio,G., Ungemach, P., Antics, M., Davaux, M., 2020. Delineating the geothermal structure and flow properties in a sub-horizontal well with the use of wireline and LWD data in a multiphysics approach. SPWLA 61st Annual Logging Symposium
Contribution de la photogrammétrie par drone à la modélisation 3D des hétérogénéités des réservoirs carbonatés (carrière de Massangis, Bassin de Paris)
Hadrien Thomas1, Benjamin Brigaud1, Hermann Zeyen1, Bertrand Saint-Bezar1, Thomas Blaise1, Elodie Zordan2, Simon Andrieu3, Benoît Vincent4, Eric Portier5, Emmanuel Mouche6, Hugo Chirol1
1Université Paris-Saclay, CNRS, GEOPS, 91405, Orsay, France
2Schlumberger, Software Integrated Solutions, Le Palatin 1, 1, Cours du Triangle, 92 936, La Défense, Cedex, France
3BRGM, 3 Avenue Claude Guillemin, BP 36009, 45060, Orléans, France
4Cambridge Carbonate Ltd., 1 rue de Varoux, 21120, Marey-sur-Tille, France
5CV Associés Engineering, 7 Chemin de la Marouette, 64100, Bayonne, France
6Université Paris-Saclay, CNRS, CEA, UVSQ, Laboratoire des sciences du Climat et de l’environnement, 91191, Gif-sur-Yvette, France
Une acquisition par drone équipé d’un appareil photo haute résolution (12 Mpix) géoréférencée, associée avec les techniques de photogrammétrie, a permis de réaliser une modélisation 3D virtuelle d’un affleurement de roches calcaires avec une précision centimétrique. Celui-ci est ainsi rapidement « transportable » au laboratoire, et permet de localiser les échantillons prélevés, la levée de logs supplémentaires, une cartographique complète et la corrélation des faciès observés sur le terrain. Des données complémentaires peuvent être extraites telles que des mesures de fractures ou de pendages (exemple ici : https://skfb.ly/6RYGF). A titre d’exemple, les calcaires du Bathonien de la carrière de Massangis (Bourgogne) ont été investigués avec cette technique. La carrière couvre une superficie de 0,4 km2 et a longtemps été considérée comme un analogue à l’affleurement du réservoir géothermique de l’Oolithe Blanche, réservoir situé à environ 1500 m de profondeur en région parisienne. Dans notre cas d’étude, le modèle de la carrière de Massangis représente un bon analogue pour représenter un réservoir microporeux et/ou dominé par une porosité secondaire associée à la dédolomitisation. Les espaces poreux rhomboédriques de type moldique associés à la dédolomitisation sont bien exprimés au sein de très grandes dunes sous-marines de 15 à 20 m de hauteur. La photogrammétrie par drone combinée à l’utilisation du Géomodeleur Petrel® est utilisée pour créer un modèle géologique qui reproduit fidèlement l’architecture des faciès observés dans la carrière. La photogrammétrie par drone peut être combinée avec des travaux de terrain pour décrire et localiser les faciès et ainsi contraindre la distribution spatiale des propriétés pétrophysiques. Elle permet également de contraindre les formes des corps réservoir dans une grille fine (XYZ = 1 m x 1 m x 0.5 m) pour des modèles géologiques statiques plus réalistes. Cette méthodologie rapide va aider à fournir des modèles pétrophysiques 3D, de l’échelle micrométrique (pore) à kilométrique, à partir d’analogue d’affleurement pour les réservoirs géothermiques.
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.
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).
🎓 Grâce au programme "Paris Region #PhD", la Région @iledefrance finance, en partenariat avec des entreprises franciliennes, le recrutement de doctorants sur des thèmes prioritaires de #recherche, en lien avec la transformation #numérique. Découvrez les lauréats du programme ⤵️ pic.twitter.com/gJPpWu1b8S
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.
Participation au Workshop « Géothermie, quel future pour 2015? »
Workshop organisé par Géoressources & Environnement – Bordeaux ENSEGID (26 octobre 2017) :
Proposition d’un développement technologique innovant pour la prospection géologique et le suivi d’un système géothermique.
orcid.org/0000-0001-6961-2177