Géothermie dans les réservoirs silicoclastiques : Apport des analogues de terrain et simulations hydro-dynamiques

Geothermal energy in siliciclastic reservoirs: Contribution of field analogues and hydrodynamic simulation

• Auteur / Autrice : Perrine Mas
• Direction : Benjamin Brigaud, Raphaël Bourillot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris Saclay
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)

Mots clés

Mots clés libres

Sédimentologie

Géothermie

Modélisation

Sédimentology

Géothermal energy

Modelling

Résumé

En France, les réseaux de chaleurs sont en grande partie dépendants des combustibles fossiles (42%), et la part de la géothermie profonde représente moins de 5% [1]. Son déploiement dans les métropoles est limité par un risque géologique difficilement prédictible. La nouvelle programmation pluriannuelle de l'énergie renouvelable vient de revoir à la baisse ses objectifs en terme de déploiement de la géothermie profonde en France, notamment en raison des risques géologiques élevés 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 [2]. Ce risque géologique constitue un obstacle au développement futur de la géothermie en France et en Ile-de-France. Ce projet consistera à travailler sur des méthodes innovantes de modélisation en proposant des solutions qui optimisent et explorent le développement de nouvelles zones en domaine sédimentaire. L'optimisation de l'utilisation de la géothermie profonde est un enjeu majeur pour la région Ile-de-France, qui compte près de 12 millions d'habitants. Dans le sous-sol de l'Ile-de-France, un aquifère profond (1500 à 2000 m) est très sollicité depuis 40 ans. Il s'agit des calcaires du Jurassique moyen (température entre 70 et 80°C), dont l'exploitation arrive à saturation. Un deuxième aquifère moyennement profond (500 à 800 m) est très localement exploité en réseaux de chaleur (Plessis-Robinson, Bruyères-le-Chatel). Il s'agit des sables du Wealdien (température d'environ 30-40°C). Il devient nécessaire de positionner les doublets de manière optimale en proposant des solutions qui explorent le développement de nouvelles zones, les réservoirs gréseux/sableux du Néocomien ou du Trias (80°C) deviennent des cibles qu'il convient de mieux caractériser pour un possible développement.

In France, heating networks are largely dependent on fossil fuels (42%), and deep geothermal energy represents less than 5% of the energy mix of heating networks [1]. Deployment of geothermal energy in large cities is limited by a geological risk, which is difficult to predict. The Région Ile-de-France energy-climate strategy has established the objective of producing 37TWh of renewable energy by 2030 [2], i.e., twice the current production (18TWh). This strategy targets to increase deep geothermal heat production to 3TWh, representing 8% of the renewable energy produced in Ile-de-France in 2030, a 3.5 factor higher than in 2015 [2]. As some aquifers are actually intensively exploited in Ile-de-France, the challenge will be to increase by a factor of 3.5 the heating networks using geothermal energy by targeting new potential area. In addition, 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 [2]. This risk constitutes a real obstacle for the future development of geothermal energy in Ile-de-France. In Ile-de-France, Two main deep (between 0.2 km and 2 km) geothermal aquifers are exploited using geothermal doublets for heating networks: (1) the Middle Jurassic limestones (55-80°C) and (2) the Early Cretaceous sandstones (30-35°C). This project will work on innovative modeling methods by proposing solutions that optimize and explore the development of new areas in the Paris Basin. 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. 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 [3]. In order to reach the objective defined by the Ile-de-France region in its 'energy-climate' strategy [2] by reducing the risk of future operations as much as possible. For investors, often who are often from the public domain (municipalities or communities of municipalities), it is becoming urgent to have a reliable and precise numerical geological model, making it possible to predict the thermal and hydrological evolution of the aquifers. A well-defined stratigraphic architecture would reduce these risks by allowing precise water and heat flow simulations, identifying the influence by geostatistical distributions. This simulation will be done at the finest possible scale, taking into account the heterogeneity of sedimentary facies, porosity, diagenetic alterations, stratigraphic architecture, relationships with fracturing and the study of field analogues (outcrops).