Thèse : Influence de la stratigraphie séquentielle et de la diagenèse...

Influence de la stratigraphie séquentielle et de la diagenèse sur la qualité des modélisations hydro-dynamiques et thermiques des réservoirs argilo-gréseux : implication pour le développement de la géothermie dans le Bassin de Paris

Secteur d'activité : Recherche et enseignement

Employeur : GEOPS - Université Paris Sud

Localisation : Paris

Profil :
 
Le candidat recherché est un géologue présentant une solide formation dans l’étude des bassins sédimentaires (sédimentologie et/ou hydrogéologie) dispensée lors d’un parcours de géologie (réservoirs, hydrogéologie, bassin…) dans un Master ou une école d’ingénieur. Il devra présenter une volonté à décrire des objets géologiques de manière naturaliste (description de carottes, microscopie optique) et un intérêt en modélisation numérique pour étudier l’impact de ses observations sur la circulation de fluides et de chaleur dans les réservoirs.
 
Description
 
La qualité des réservoirs géologiques est l’un des facteurs « risque » pour le développement futur du stockage d’énergie, de gaz ou de la géothermie dans les hydro-systèmes silicoclastiques. En effet, les propriétés de porosité et perméabilité contrôlent en grande partie la qualité de ces réservoirs. Mieux intégrer les processus diagénétiques et l’architecture stratigraphique fine dans des modèles géologiques 3D à l’échelle du réservoir semble essentiel pour caractériser la dynamique et la thermicité des fluides (eau, CH4). En effet, ces vingt dernières années, les travaux en pétrographie sédimentaire montrent que les processus de dépôt (paléo-environnements et paléo-géographies) et les phénomènes diagénétiques jouent un rôle important dans la répartition spatio-temporelle des corps sédimentaires et de leurs propriétés réservoirs. Il devient donc indispensable d’acquérir aujourd’hui l’ensemble de ces connaissances pour optimiser et développer des modélisations hydrodynamique et thermique fiables, essentielles à l’exploitation de ce type d’aquifère. Une des solutions de réaliser la transition énergétique en France, et notamment en Ile-de-France est de mobiliser l’énergie contenue dans notre sous-sol, telle que la géothermie, ou d’utiliser le sous-sol pour le stockage d’énergie (sous toutes ces formes). Le fait que l’exploitation géothermique de certain aquifère (Dogger) arrive à saturation en Ile-de-France amène à orienter l’exploration de nouveaux aquifères. L’objectif de ce projet de thèse est d’améliorer la connaissance des aquifères silicoclastiques du bassin de Paris (Jurassique supérieur et Crétacé inférieur) afin d’optimiser et rendre durable et soutenable les futurs développements géothermiques dans ce bassin sédimentaire.
 
La thématique concerne l’exploration des réservoirs géologiques en termes de caractérisation sédimentologique, stratigraphique, diagénétique, de modélisation statique (basée sur une analyse statistique des caractéristiques structurelles), hydrodynamique et de transport de chaleur.
Sédimentologie, architecture stratigraphique, diagenèse, géothermie, modélisation 3D, prédiction des propriétés hydrodynamiques et thermiques des réservoirs géologiques
Le contexte de ce projet de thèse repose sur le développement en cours de réseaux de chaleur géothermique exploitant des aquifères silicoclastiques de basse température (environ 30°C) dans le bassin de Paris, et notamment sur le plateau de Saclay et sur le développement futur du stockage d’énergie dans des réservoirs. Dans un contexte d’augmentation mondiale de la demande énergétique (3% par an) et de réchauffement climatique dû à l’exploitation des énergies fossiles, des solutions moins émettrices de CO2 et beaucoup plus durables doivent être trouvées. Une des solutions permettant de réaliser la transition énergétique est de mobiliser l’énergie contenue dans notre sous-sol, telle que la géothermie, qu’elle soit à très basse, basse ou haute énergie ou la capacité de stockage d’énergie dans notre sous-sol. Il convient d’obtenir des connaissances précises des propriétés des aquifères en terme de géométrie, minéralogie, qualité réservoirs, perméabilité, ainsi que des propriétés thermiques, pour une modélisation thermique et hydrodynamique. Pouvoir intégrer l’architecture stratigraphique et les processus diagénétiques dans les modélisations hydro-dynamique et thermique de certain aquifère du sous-sol de l’Ile de France (latéraux et verticaux) est donc un enjeu important dans l’optique d’optimiser les usages croisés des réservoirs géologiques (ressource en eau potable, chaleur ou propriétés de stockage).
 
Un premier objectif est de reconstruire l’architecture stratigraphique et sédimentaire des réservoirs argilo-sableux sélectionnés pour la thèse, d’après l’étude des échantillons de roche (sur carottes, lames minces) et des diagraphies afin d’en déduire les lithofaciès. Afin de comprendre au mieux les possibles interactions fluide/minéraux, il est indispensable de caractériser l’ensemble des processus diagénétiques affectant les sédiments afin de caractériser les colmatages par cimentation (chlorite, quartz, calcite…), les dissolutions, ou la pression-solution. L’extension de ces processus à l’échelle du pore, associée à l’architecture sédimentaire et au faciès permettra d’extrapoler et de proposer une architecture à l’échelle du réservoir. Il s’agira également de tester le degré de relation entre le faciès sédimentaire, les processus physico-chimiques (diagenèse) et la qualité du réservoir (par préservation de la porosité au cours du temps). La caractérisation de la distribution spatio-temporelle des faciès devra aboutir à la modélisation statique 3D de l’architecture du réservoir en utilisant les concepts de la stratigraphie séquentielle et l’analyse statistique des observations sur échantillons. Cette modélisation statique, combinée avec la modélisation dynamique de l’écoulement de l’eau, permettra d’évaluer l’impact des hétérogénéités sédimentaires et de la connectivité des corps sableux sur l’écoulement et le transfert de chaleur et leurs conséquences pour une exploitation géothermique ou son utilisation pour un stockage d’énergie ou de gaz (efficacité et rentabilité de l’exploitation, durée de vie thermique…).
 
Précision sur l'encadrement
 
L’encadrement sera réalisé par deux enseignants-chercheurs : Benjamin Brigaud (MCF), sédimentologiste, spécialiste de la pétrographie et des bassins sédimentaires, il encadrera principalement l’étude sédimentologique et stratigraphique des carottes et leur mise en contexte de réservoir. L’encadrement de la partie numérique sera principalement assuré par Hermann Zeyen (PR). Durant les 3 années de cette thèse interdisciplinaire, une étroite collaboration du doctorant avec les deux encadrants sera essentielle. Pendant la première année, les travaux se concentreront surtout sur l’étude de carottes et d’affleurements. À partir de la deuxième année débutera la modélisation numérique qui prendra une place prépondérante en troisième année. Outre les encadrants, le doctorant sera suivi par un comité de thèse.
 
Collaboration envisagée avec STORENGY
 
Date limite de candidature : 23 avril 2017