Les progrès actuels dans l’industrie de la géothermie révèlent un besoin accru de modèles numériques prédictifs comme outils de décision pour l’exploration et l’exploitation des réservoirs géothermiques profonds. La spécificité de notre modèle est de considérer à grande échelle le couplage entre les processus physiques mécaniques, thermiques et hydrauliques, dit thermo-hydro-mécanique (THM).
Modéliser pour prédire
Ces modèles permettent de résoudre certains problèmes critiques: quelle est l’influence de l’exploitation sur la circulation hydro-thermique? Comment peut-on optimiser la planification du forage? Quelles sont les conditions qui initient la sismicité induite? Comment optimiser l’exploitation du réservoir afin de minimiser la sismicité induite? Combien de temps dure la vie opérationnelle des réservoirs géothermiques?
Ces modèles sont appliqués aux sites de Soultz-sous-Forêts (Soultz) et Rittershoffen.
La résolution du système d’équations régissant le couplage THM est réalisé en utilisant le logiciel libre Code_Aster. Nous cherchons à reproduire les observables thermique et mécanique en ajustant les propriétés des roches et géométriques du milieu à grande échelle.
Pour le réservoir de Soultz-sous-Forêts, comme illustré dans la figure, le modèle THM a permis la reproduction des profils observés associés à un système convectif à grande échelle jusqu’en proche surface. Les composantes principales du champ de contrainte sont également reproduites. A Rittershoffen, les observables thermiques et mécaniques sont également reproduites. Notre étude montre que la limite du toit hydraulique se situerait à une moindre profondeur que celle supposée dans les interprétations directes des logs de température.
Distribution de la température en sous-sol sur le site géothermique de Soultz-sous-Forêts, grâce au modèle THM développé
Ces résultats confirmeraient la faible influence de la lithologie sur la circulation hydrothermale et l’état de contrainte des deux réservoirs géothermiques profonds du Fossé Rhénan.
L’influence des failles géologiques a été étudiée dans le cas de Rittershoffen. La faille de Rittershoffen ne créerait aucune perturbation majeure sur le système convectif, les profils de température ou sur l’état de contrainte mécanique. L’importance de la complexité de la rhéologie du fluide, souvent négligée pour la circulation hydrothermale, a aussi été montrée, notamment concernant la viscosité dynamique.
Notre modèle a montré de nombreuses similarités entre Rittershoffen et Soultz-sous-Forêts concernant les propriétés des roches et le découplage des toits hydraulique et thermique.
Ce modèle numérique sera intégré à la plateforme européenne EPOS (European Plate Observing System), créée pour mutualiser les données et services en géosciences.