DS02 - Energie, propre, sûre et efficace

Exploration des ressources géologiques et des réservoirs par prospection géophysique des propriétés des argiles – ExCiTING

Résumé de soumission

Jusqu’à récemment, les ressources souterraines exploitées étaient surtout non renouvelables. Désormais, le potentiel de stockage d’énergie ou l’exploitation de l’énergie géothermique sont des enjeux majeurs de la transition énergétique. Non-seulement le sous-sol peut fournir de l’énergie, mais c’est un immense espace de stockage séquestration du CO2, mais aussi pour des vecteurs d’énergies dé-carbonées : hydrogène, air comprimé, etc…
Pour pouvoir exploiter efficacement et en toute sécurité les capacités de réservoir du sous-sol, ou ses ressources énergétiques, la présence d’une couche peu perméable (généralement argileuse) qui recouvre les réservoirs naturels est cruciale pour le stockage de chaleur, de fluide où pour isoler le réservoir des couches sus-jacentes. La caractérisation de la couverture est donc un enjeu prioritaire pour réduire les risques environnementaux ou financiers des géotechnologies. Elle se fait classiquement via des forages de reconnaissance (invasifs), des analyses et des diagraphies. Mais ces mesures très précises doivent ensuite être extrapolées à l’échelle de la zone d’étude. Ce saut d’échelle, s’il peut s’appuyer sur une mesure indirecte mais continue comme les méthodes géophysiques gagnerait en précision.
Si l’imagerie sismique offre une résolution incomparable, sa sensibilité à la présence de fluides, et surtout à la nature des argiles est très faible. Les mesures électromagnétiques (EM) depuis la surface donnent accès à la conductivité électrique : une propriété des matériaux qui y est bien plus sensible. L’interprétation des mesures EM se fait généralement via la conductivité en courant continu, et avec une résolution limitée par la physique en jeu (équation de diffusion) et le manque de paramètres. Utiliser des mesures multifréquences avec un émetteur contrôlé, et mesurer la conductivité comme un paramètre complexe (amplitude et phase) permettra d’améliorer la caractérisation des zones argileuses.
L’objectif central du projet est d’améliorer l’imagerie de la couverture des réservoirs à partir de l’imagerie par résistivité complexe qui présente une sensibilité intéressante à la minéralogie et aux argiles. Cela implique des développements assez fondamentaux pour unifier des modèles théoriques validés dans des conditions et des échelles spécifiques afin d’introduire dans les codes de modélisation EM 3D une conductivité complexe et d’établir un schéma d’inversion stable et robuste qui permette d’imager et de caractériser le type d’argile à partir de modèles validés.
Cela nécessite avant tout des données de bonne qualité et en grand nombre et nous proposons de combiner mesures, modélisations et inversion à différentes échelles, depuis le nanomètre jusqu’aux décamètres. Le cœur du projet est donc l’aspect multi-échelle, et en particulier les relations d’ « upscaling » qui permettront de passer des modèles sur échantillons aux mesures de prospection géophysique de surface. Des mesures de polarisation provoquée spectrale (SIP) seront réalisées en laboratoire pour valider ces relations sur des argiles pures puis sur des mixtures (sables-argiles) et enfin en incluant des hétérogénéités comme des fractures.
En parallèle, nous proposerons de nouvelles procédures de mesure au travers d’améliorations significatives au niveau instrumental qui permettront de coupler une imagerie très haute résolution pour la partie superficielle (jusqu’à quelques centaines de mètres) afin d’éviter les problèmes dits « de statiques » qui génèrent des artefacts en profondeur. Des techniques avancées de traitement du signal utilisant les mesures simultanées permettront d’améliorer la qualité des données. Une démonstration sur le site pilote SEH près de Poitiers permettra de démontrer la pertinence de l’approche proposée et de diffuser les résultats dans la communauté scientifique et industrielle.

Coordinateur du projet

Monsieur Jean-Francois Girard (Institut de Physique du Globe de Strasbourg)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPGS Institut de Physique du Globe de Strasbourg
METIS Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols
IC2MP Institut de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers
BRGM Bureau de recherches géologiques et minières
IRIS IRIS INSTRUMENTS

Aide de l'ANR 670 025 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2018 - 48 Mois

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