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Numerical modeling of the reactive transport of the geothermal fluid reinjected in the EGS reservoir at Soultz-sous-Forêts : chemical and isotopical evolution of the fluid and mineralogical transformations

Coord. par Y.Lucas

Ce projet, consacré à la modélisation numérique de la géochimie du fluide géothermique est organisé en deux parties. La première partie consacrée à la simulation de l’évolution de la composition chimique du fluide géothermal à Soultz-sous-Forêts durant la réinjection du fluide dans le réservoir profond (60 à 200°C) et de prédire les conséquences de cette évolution dans le réservoir en terme de porosité et de perméabilité. La deuxième partie a pour objectif la simulation de l’évolution de la signature isotopique du strontium du fluide durant la réinjection de celui-ci en utilisant le ratio 87Sr/86Sr comme traceur de la source des éléments.
Le code numérique en géochimie THERMA a ainsi permis de calculer l’indice de saturation d’un large nombre de minéraux dans un fluide aqueux géothermique donné en fonction de la température. Les résultats de la modélisation montrent que lorsque la température du réservoir géothermique diminue, certains minéraux (calcite, illites, quartz, K-feldspath…) ont une tendance à la sursaturation, ce qui pourrait entrainer leur précipitation en contexte géothermal. Au contraire, certains minéraux initialement présents dans le granite sain (anorthite, k-muscovite…) restent sous-saturés et pourrait être dissous lors des interactions fluide/roche. Ces calculs permettent d’établir des diagrammes de stabilité des différentes espèces minérales présentes, et d’étudier ainsi les variations de celles-ci lors de l’étude des variations de porosité ou de perméabilité dans le réservoir.
Dans un second temps, le code numérique KINDIS a permis d’étudier l’évolution à long terme de la minéralogie du système EGS de Soultz-sous-Forêts, d’établir les relations entre les différents groupes de minéraux, d’étudier les chemins de réaction et de comparer les approches thermodynamiques et cinétiques. Un modèle couplé thermo-hydrogéochimique a également été développé en intégrant l’équation d’évolution de la température dans un code numérique KIRMAT.
L’introduction des signatures isotopiques du strontium dans le modèle hydrogéochimique constitue en elle-même un défi scientifique majeur, et son application au site de Soultz devrait permettre la simulation de l’acquisition de la signature isotopique le long d’un chemin de circulation du fluide. La comparaison des signatures mesurées permet de spéculer sur le chemin suivi par les fluides. Les développements numériques ont donc été réalisés pour les processus de dissolution et sont encore en cours pour les processus de précipitation.

Illustration
Diagrammes des activités à 3 températures 65, 100 et 200 °C, pour un système FeO-Al2O3-SiO2-CaO-MgO-Na2O-K2O. Les frontières de stabilité des minéraux à 200°C, 100°C et 65°C sont représentées respectivement en rouge, brun et bleu.

26 février 2016