Caractérisation des hétérogénéités des réservoirs GÉOthermiques d’Ile-de-France par le développement d’une MODélisation numérique hydro-dynamique (GÉOMOD)

Thèse sous la direction de Benjamin Brigaud (GEOPS, Université Paris-Saclay), coencadrement Miklos Antics (Geofluid)

Thèse financée par le programme de la région Ile-de-France « Thèse Paris Region PhD 2019 » et par la société GEOFLUID

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Résumé du projet de thèse : 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. Les retours d’expérience sur les opérations récentes 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, le risque d’interférence entre doublets géothermiques dans les zones urbaines à forte densité d’infrastructures. 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.

Résumé du projet de thèse en anglais : Geothermal energy, namely the mobilization of the subsurface heat at very low, low or high temperatures, is one of the methods to achieve the energy transition. The energy-climate strategy plans to increase deep geothermal heat produced in Ile-de-France in 2030 by a 3.5 factor compared to 2015. The current average development rate will not allow this objective to be achieved, it would be necessary to reach a 6 to 10 times higher rate, so the new multiannual renewable geothermal energy programming is being revised downwards in France. Feedback on recent operations in Ile-de-France has raised technical and/or scientific locks to be removed for an efficient and sustainable operation of geothermal doublets, such as the high but unquantified risk of low water flow / thin thickness of reservoir (meter-scale), the risk of interference between geothermal systems in high density of well infrastructures or the risk of early thermal breakthrough. There is a real risk that an installation may not reach a geothermal resource with sufficient flow and temperature characteristics to ensure the cost-effectiveness of the project during its life time. This risk constitutes a real obstacle for the future development of geothermal energy in Ile-de-France. It is clearly established in the energy-climate strategy to work on innovation by proposing solutions that optimize and explore the development of new reservoirs. The optimization of the use of deep geothermal energy is a major challenge for the Région Ile-de-France, which has a population of nearly 12 million inhabitants and still growing. This optimization of geothermal production of aquifers requires (1) precise knowledge of the reservoir heterogeneity in terms of sedimentary geometries, porosity/permeability, reservoir connectivity and (2) reliable numerical simulations of flows and temperature evolution in the underground 30 years or even 100 years after production starts.