Dans le cadre du projet ANR UPGEO, qui vise à caractériser et comprendre l’hétérogénéité des réservoirs géothermiques, une mission de terrain a été réalisée du 29 juin au 5 juillet dans les Charentes (Bassin aquitain) et en Espagne (Bassin de Tremp). Cette mission, rassemblant des sédimentologues de GEOPS/Université Paris-Saclay (Maxime Catinat, Hadrien Thomas, Benjamin Brigaud, Bertrand Saint-Bezar) de Bordeaux INP/Université de Bordeaux (Raphaël Bourillot, Hugues Féniès, Philippe Razin, Baptiste Hersant) et CVA (Eric Portier) a eu pour but de photographier par drone et échantillonner des affleurements clefs pouvant être considérés comme des analogues à des réservoirs géothermiques carbonatés et gréseux. Pour les carbonates, l’analogue choisi a été la bordure d’une plate-forme carbonatée se développant au Bathonien (165 Ma) au nord du Bassin aquitain. Pour les grès, les grès de Roda (Roda de Isabena) ont été sélectionnés et étudiés pour ses qualités d’analogue potentiel à de nombreux réservoirs gréseux estuariens. Ces sables/grès affleurent dans le sud des Pyrénées, sur la bordure nord du Bassin de Tremp, et se sont déposés dans un paléo-estuaire durant l’Yprésien (50 Ma). L’objectif a été de photographier par drone les affleurements pour restituer des modèles 3D par photogrammétrie et de lever des logs sédimentologiques, ce qui permettra de replacer précisément dans l’espace les échantillons récoltés. Après études des échantillons et des lames minces au laboratoire comme des mesures de porosités / perméabilités, granulométrique, pétrographique, l’objectif sera d’intégrer toutes ces données dans le géo-modeleur Petrel afin de simuler des écoulements (vitesse, température) ou de déplacement d’une bulle froide dans un contexte d’exploitation géothermique, en tenant compte des hétérogénéités à différentes échelle.
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Le 1er article d’UPGEO, co-écrit par Andro Mikelic, sera publié dans la revue « Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering ». Ce papier décrit l’approximation incrémentale (= discrétisée en temps) des équations de la thermoporoélasticitéfocus
Trois stagiaires vont commencer leur stage M le 1er février 2020:
A CentralSuppelec : Adrien Beguinet « Résolution des équations aux dérivées partielles appliquées, dans une géométrie générée par des diagrammes de Poisson-Voronoi »
A GEOPS : Codjo Thomas Essou «Simulation numérique dans le réservoir géothermique carbonaté du Jurassique moyen du Bassin de Paris »
Et Philemon Juvany « Géothermie dans les réservoirs silicoclastiques : du terrain à la modélisation »
A Bordeaux : Baptiste Hersant « Etude d’un analogue de terrain d’un système sédimentaire estuarien pour la modélisation des réservoirs géothermiques», avril-juillet 2020, stage à Bordeaux INP.
La région Ile-de-France financera les travaux de GEOPS sur la géothermie et le rôle du sous-sol dans la transition énergétique avec le programme Paris Région PhD, 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.
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
