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2D and 3D THM modelling of hydrothermal circulation in deep geothermal reservoirs

Coord. V.Magnenet

Ce projet LabEx, initié en 2014, est consacré au développement de modèles numériques capables de reproduire et de prédire le comportement thermo-hydro-mécanique de réservoirs géothermiques profonds.
L’objectif de ce projet est d’apporter un outil :
– de prédiction (e.g. : combien de temps peut-on exploiter un réservoir ?)
– de planification (e.g. : où est-il stratégique de forer un nouveau puits ?)
– de recherche (e.g. : quels sont les paramètres d’entrée d’un modèle qui sont les plus sensibles sur un ou plusieurs résultats donnés ?)

L’année 2015 a été consacrée au développement et à la validation de nouveaux éléments finis dans le code de calcul libre Code_Aster (EDF R&D). Ces éléments finis généralisent la notion de « poutre poroélastique » déjà existante dans la littérature en ajoutant aux noeuds de l’élément un degré de liberté propre à la thermique. Ils permettent aussi une ouverture vers des simulations 3D en diminuant les temps de calculs par rapport à des éléments finis THM volumiques. Une librairie de maillage spécifique a également été développée afin de pouvoir représenter des structures géologiques d’épaisseur relativement faible par rapport à la taille caractéristique du réservoir.
Le modèle numérique 2D du réservoir de Soultz-sous-Forêts a ainsi été totalement reconçu en 3D. Le passage à une dimension supérieure a permis d’intégrer de manière plus réaliste la présence des grandes structures décrites dans le modèle géologique de Sausse et al. (2010). Les premiers résultats semblent montrer l’existence de deux régimes convectifs distincts : un régime rapide dans les failles et un régime lent dans la matrice.

Le prochain objectif à court terme est la calibration du modèle sur un certain nombre de données expérimentales : profils verticaux de température, sismicité induite pendant les phases de production, suivis de débit/pression, champ de déplacement en surface.
Ces travaux ont été présentés lors de l’European Geothermal Workshop en Octobre 2015 et une publication a été soumise dans le journal Computers and Geosciences en Septembre 2015.

Illustration
Coupe montrant le champ de temperature calculé dans le cadre du modéle numérique du réservoir de Soultz-sous-Forêts. Les points blancs sont des noeuds du maillage. La densité de noeuds plus importante dans la zone centrale correspond au raffinement autour de la plus grande structure géologique décrite dans le modéle de Sausse et al (2010).

26 février 2016