Caractérisation des hétérogénéités réservoirs et simulation numérique hydrodynamique dans les systèmes géothermiques

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

Thèse financée par l’Association Nationale de Recherche Technologique (ANRT), thèse « Convention industrielle de formation par la recherche » Cifre n° 2021/0773

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Résumé – La géothermie est l’une des méthodes pour réaliser la transition énergétique. La stratégie énergie-climat de la France prévoit d’augmenter assez significativement à l’horizon 2030 la production de chaleur par géothermie. Le rythme de développement actuel de géothermie profonde 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 leurs incertitudes et de bien simuler l’écoulement de plusieurs réservoirs d’intérêt en France et à l’étrangers (Belgique, Suisse). Le changement d’échelle entre les hétérogénéités observées à petite échelle (sur lame minces, carottes ou affleurements) et la représentation du réservoir à l’échelle régionale sera au cœur du projet. Ce projet propose de se concentrer principalement sur l’étude des caractéristiques fines des principaux réservoirs géothermiques des bassins français, belge et suisse. Les résultats attendus 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 des futures opérations.