Hadrien Thomas – Influence de la stratigraphie séquentielle et de la diagenèse sur la qualité des modélisations 3D des réservoirs carbonatés : implication pour le développement de la géothermie dans le Bassin de Paris

Thèse sous la directions de Benjamin Brigaud (GEOPS, Université Paris-Saclay) et Hermann Zeyen (GEOPS, Université Paris-Saclay)

Financement : Contrat Doctoral (Allocations de recherche du Ministère de la recherche)

Thèse soutenue le 6 juillet 2022

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Situation actuelle : Ingénieur chez PANterra Geoconsultants

Résumé : La France fait face, comme de nombreux pays, à la nécessité de décarboner l’énergie qu’elle consomme, notamment la chaleur. Le Bassin de Paris a une forte densité de population dans la région de l’Ile-de-France et dispose de réservoirs intéressants pour la géothermie de basse énergie exploitant l’eau géothermale entre 300 m et 2500 m de profondeur, pour une utilisation directe de chaleur. Les formations carbonatées du Jurassique moyen situées entre 1200 m et 1800 m constituent une cible principale. Cependant, la densité importante de puits exploitant ce réservoir et l’échec récent d’un puits vers Evry montre qu’il existe un risque non négligeable et non quantifié, de faible débit d’eau ou encore d’interférence entre doublets géothermiques dans des zones urbaines à forte densité d’infrastructures. 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 une connaissance accrue de l’hétérogénéité du réservoir en termes de porosité/perméabilité ou de connectivité du réservoir. L’objectif de la thèse est de construire un modèle géologique 3D détaillé des hétérogénéités sédimentologiques, diagenétiques et pétrophysiques intégrant toutes les données de puits disponibles et permettant de réduire le risque géologique. Une base de données numérique rassemblant les données diagraphiques et pétrophysiques de 168 puits a été constituée sur un géomodelleur. Cette base de données a été complétée par l’observation de 129 m de carottes et 191 lames minces. Il en résulte une modélisation 3D à haute résolution (12,2 millions de cellules de 100 m x 100 m de côté et 3,7 m en verticale), proposant la répartition spatiale des faciès, porosité et perméabilité. L’étude de lames minces montre que la diagénèse joue un rôle important sur l’hétérogénéité des porosités, en particulier le développement ou non de calcite de blocage, ou encore des phénomènes de dolomitisation et de sa dissolution. Un analogue à l’affleurement a permis de mieux comprendre la répartition des faciès dans un cadre de stratigraphie séquentielle bien contraint (séquences de 3ème ordre). L’utilisation de drone pour photographier une carrière (échelle infra-kilométrique) couplée à la modélisation photogrammétrique a permis de travailler sur un affleurement numérique dans l’Yonne, analogue au réservoir géothermique. A partir de cet affleurement numérique, une méthodologie a été développée afin de le travailler sur un géomodelleur, et ainsi de mieux comprendre la répartition des faciès et des propriétés pétrophysiques à une plus fine échelle. La modélisation 3D du réservoir dans une partie de l’Ile-de-France et d’un analogue à l’affleurement permet de mieux prédire et comprendre la répartition des propriétés du réservoir et de dé-risquer les futurs opérations (comme celle de Grigny vers Evry).