ETAT DES LIEUX DES RESSOURCES DU SOUS SOL (SUISSE ET ROMANDIE) Aspects géochimiques et environnementaux

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1 ETAT DES LIEUX DES RESSOURCES DU SOUS SOL (SUISSE ET ROMANDIE) Aspects géochimiques et environnementaux Dr. Damien Do Couto Geo Energy / Reservoir Geology and Basin Analysis Group Department of Earth Sciences, University of Geneva

2 Groupe de recherche Pr. Andrea Moscariello Pr. Matteo Lupi Dr. Elias Samankassou Reservoir Geology Fluid-rock Carbonates Basin analysis interaction Postdocs Dr. Luca Cardello Dr. Aurore Carrier Dr. Cyril Chelle-michou Dr. Damien Do Couto Dr. Luca Guglielmetti Dr Yasin Makhloufi Structural analysis Geophysics Thermal modelling Basin analysis Geothermy Carbonate sedimentology Doctorants Maud Brentini Nicolas Clerc Elme Rusillon Stratigraphy Structural analysis Reservoir characterization Aurélie Angeloz Carbonate sedimentology

3 Sources DiPippo, 2012 Huenges, 2010 Glassley, 2014 Stober & Bucher, 2013

4 ETAT DES LIEUX DES RESSOURCES DU SOUS SOL (SUISSE ET ROMANDIE) Aspects géochimiques et environnementaux RESSOURCES ressource de chaleur venant des profondeurs terrestres GÉOTHERMIE : géo (la terre) et thermos (la chaleur) SOUS-SOL successions de roches d âge et de composition différentes GÉOLOGIE: géo (la terre) et logos (le discours) GÉOCHIMIE échange de particules, d éléments chimiques entre l eau, son encaissant rocheux et l installation ENVIRONNEMENT inconvénients, risques, conséquences pour l homme et la nature

5 GÉOTHERMIE Définition La chaleur naturelle provient des entrailles de la Terre 99% > 1,000 C 0.1% < 100 C Stober & Bucher, 2013 Stober & Bucher, 2013 Participation au flux de chaleur: > 70% croûte < 30% noyau + manteau La chaleur «flue» depuis le noyau jusqu à la surface afin d équilibrer le profil de température Flux de chaleur (ou heat flow) Selon le principe de la conduction thermique (J. Fourier, 1822)

6 GÉOTHERMIE Définition Le flux de chaleur n est pas homogène à l échelle du globe Moyenne ~ 65 mw/m 2 Hamza et al., (mw/m 2 ) En Romandie: 60 < flux de chaleur < 80 mw/m 2

7 GÉOTHERMIE Utilisation De la quantité de chaleur «disponible» dépend l utilisation de la ressource (potentiellement infinie mais technologiquement limitée).

8 GÉOTHERMIE Cibles dans le bassin genevois De la quantité de chaleur «disponible» dépend l utilisation de la ressource (potentiellement infinie mais technologiquement limitée). Accroître les connaissances du sous-sol afin d y exploiter les meilleurs potentiels, quelle que soit leur profondeur Etapes progressives

9 GÉOLOGIE Géologiede surface Marthaler, 2003 Bousquet et al., 2012

10 GÉOLOGIE Géologiede surface

11 GÉOLOGIE Géologiede surface

12 GÉOLOGIE Géologiede surface

13 GÉOLOGIE Géologiede surface Jura composé de roches de l ère secondaire Le bassin molassique composé de roches de l ère tertiaire

14 GÉOLOGIE Géologiede surface Bichet & Campy, 2008 Rapport PGG, 2011 Les couches du Jura plongent sous le bassin molassique

15 GÉOLOGIE Géologiede surface Mesozoic Cenozoic Grande épaisseur de roches sédimentaires Différentes compositions Plusieurs réservoirs potentiels disponibles en profondeur Paleozoic D après Signorelli, 2004

16 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt D après Signorelli, 2004

17 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt Systèmes fluviatiles équatoriaux, contenant des plaines alluviales humides avec lacs et marais D après Signorelli, 2004

18 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt D après Signorelli, 2004

19 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt Dépôts côtiers et marin peu profond arides: sel, gypse, dolomie, calcaires D après Signorelli, 2004

20 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt D après Signorelli, 2004

21 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt Dépôts marins peu profonds composés de calcaires récifaux, dépôt de lagon D après Signorelli, 2004

22 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt D après Signorelli, 2004

23 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt D après Signorelli, 2004

24 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt Dépôts marins peu profonds composés de calcaires, grès calcaires et marnes D après Signorelli, 2004

25 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt D après Signorelli, 2004

26 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt D après Signorelli, 2004

27 GÉOLOGIE Paléo géographie et environnement de dépôt Dépôts continentaux (fluviale et lacustre) et côtiers fait de conglomérats, grès, argile (Molasse) D après Signorelli, 2004

28 GÉOLOGIE Indices et sources d eau thermale D après Signorelli, 2004

29 GÉOLOGIE Indices et sources d eau thermale T ºC: ºC Débit: 2-80 l/s Aqu: Malm Dogger Dogger Malm T ºC: 18 ºC Débit: 6 l/s Aqu: Malm T ºC: 70 ºC Débit: 3.1 l/s Aqu: Malm D après Signorelli, 2004 T ºC: ºC Débit: l/s Aqu: Malm

30 GÉOLOGIE Géométrie et propriétés des réservoirs Très bonne continuité des series reservoirs Zones de failles et fracturations intéressantes Rapport PGG, 2011

31 GÉOLOGIE Géométrie et propriétés des réservoirs D après Gorin & Moscariello, 2013; Paolacci, 2012; Gorin et al., 1993 Très bonne continuité des series reservoirs Zones de failles et fracturations intéressantes Rapport PGG, 2011

32 GÉOLOGIE Géométrie et propriétés des réservoirs N. Clerc Identification de plusieurs corridors de failles et de fractures Ces failles s enracinent en profondeur, traversent les series reservoirs et permettent d augmenter la perméabilité Photo L. Cardello

33 GÉOLOGIE Géométrie et propriétés des réservoirs N. Clerc Identification de plusieurs corridors de failles et de fractures Ces failles s enracinent en profondeur, traversent les series reservoirs et permettent d augmenter la perméabilité Photo L. Cardello

34 GÉOLOGIE Géométrie et propriétés des réservoirs Clerc et al., in prep.

35 GÉOLOGIE Géométrie et propriétés des réservoirs Porosité et perméabilité: deux grandeurs importantes pour mesurer le potential d une roche réservoir Les facies du Jurassique supérieur, et plus spécifiquement des récifs, attestent de bonnes propriétés réservoirs Qualité des réservoirs Mesuré sur des roches non fracturées!

36 GÉOLOGIE Structure thermique du bassin ouest molassique Chelle-Michou et al., in press

37 GÉOLOGIE Structure thermique du bassin ouest molassique Température moyenne Chelle-Michou et al., in press

38 GÉOLOGIE Structure thermique du bassin ouest molassique Chelle-Michou et al., in press

39 GÉOLOGIE Structure thermique du bassin ouest molassique Chelle-Michou et al., in press

40 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Chimie de l eau Vuataz et Giroud, 2010 Faible salinité: parcours en milieu calcaire Pas de mélange avec autre système plus profonds Fluide à l équilibre dans son reservoir entre 60 et 90ºC Bassin alimentation: probablement le haut Jura Temps séjour souterrain: à ans Chelle-michou et al., in press

41 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Processus physico chimiques Stober et Bucher, 2013 Equilibre chimique du fluide change avec la décompression et le refroidissement (saturation) Effet de corrosion avec salinité et gaz dissous (H, CO 2,SO 4 ) Précipitation de minéraux dans les installations Important de modéliser les processus chimiques roche/fluide

42 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Changement de la qualité de l eau et des nappes utilisées pour la consommation domestique Périmètre interdisant le moindre sondage pour protéger les nappes phréatiques Isolation du forage des nappes superficielles

43 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Libération des gaz contenus dans l eau pompée - Emission de gaz à effet de serre Production de chaleur en boucle fermée Sans émission de gaz à effet de serre Source: U.S. Department of Energy

44 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Emission de gaz à effet de serre Quantité de CO 2 émis par KW produit et par année On considère ici les centrales géothermiques de grande profondeur produisant de l électricité à partir de vapeur! Glassley, à 150 fois moins de CO 2 émis

45 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Subsidence

46 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Subsidence

47 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Sismicité induite

48 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Sismicité induite

49 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Phénomène de percée thermique causé (ou «bulle d eau froide») par l injection d eau froide Modélisation de bulle d eau froide après 30 ans d exploitation. BRGM Bonne connaissance des propriétés réservoirs Modélisation de l injection et production sur le long terme Eloignement des puits de production et d injection

50 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Utilisation des sols Source: Ormat Technologies, Inc. Source: Geothermal Education Office Les centrales géothermiques se fondent mieux dans le paysage

51 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Utilisation des sols Source: PGN, 2008 Emprise au sol du puits géothermique de Lavey-les-Bains en exploitation.

52 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Pollution sonore et visuelle Mur antibruit Val de Marne, France

53 GÉOCHIMIE ET ENVIRONNEMENT Gestion des problématiques Risques et problèmes fréquemment évoqués - Pollution sonore et visuelle Mur antibruit Reinach

54 ETAT DES LIEUX DES RESSOURCES DU SOUS SOL (SUISSE ET ROMANDIE) Aspects géochimiques et environnementaux RESSOURCE présente! La chaleur est à notre portée SOUS-SOL les roches et la structure sont favorables à la présence de réservoirs GÉOCHIMIE des études préalables et de la surveillance durant le forage permettent de comprendre et contrôler les processus ENVIRONNEMENT la géothermie est une énergie propre et la technologie et les nouvelles mesures environnementales permettent de contrôler les effets sur l environnement

55 MERCI