Modélisation de la paléo-circulation des fluides hydrothermaux dans le nord-est du fossé rhénan
Géosciences


Type de contrat
Stage
Début
Entre février et juin 2022
Durée
5 mois
Région
Ile de France
Indemn / Rém
Oui

ref A.

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

  • l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
  • la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Modélisation de la paléo-circulation des fluides hydrothermaux dans le nord-est du fossé rhénan 

Contexte du stage :

La possible co-valorisation de la ressource en lithium (Li) est une piste étudiée par plusieurs acteurs de la géothermie. En plus de permettre l’exploitation plus propre et locale de Li, elle pourrait également permettre d’augmenter la rentabilité de l’exploitation de la ressource géothermale. Cela pourrait être le cas du fossé rhénan, où des concentrations élevées de Li ont été mesurées dans les eaux géothermales.

Ce Li présent dans les eaux géothermales provient de la lixiviation de roches « mères » lorsque l’eau atteint des températures élevées (>200°C, Pogge von Strandmann et al., 2016). L’évaluation de la distribution actuelle de la ressource en Li nécessite donc de comprendre l’historique de circulation de fluides profonds. Des scénarios de circulation existent, se basant sur la géochimie (Sanjuan et al., 2016) ou la caractérisation des minéralisations présentes dans les réservoirs géothermiques (Bossennec et al., 2021), mais une estimation à l’échelle du bassin, et une évolution des chemins de circulation au cours de son histoire géologique reste à établir.

Dans le cadre d’un stage réalisé en 2021, la ressource géothermale du fossé rhénan a pu être évaluée par la modélisation de bassin, en tenant compte du rôle des failles sur la circulation des fluides et de leur impact sur sa structure thermique actuelle. Cependant, l’historique de circulation de fluide hydrothermaux mérite encore d’être plus étudié.

Cela est l’objet de ce stage, proposé en collaboration avec Claire Bossennec et le département de Geothermal Science and Technology, de l’Institut of Applied Geosciences de la Technical University of Darmstadt.

Le modèle de bassin 3D construit pour la partie nord du fossé rhénan intègre 3 modèles structuraux d’échelles différentes, dont un public (Freymark, 2020), et deux mis à disposition par la Technical University of Darmstadt, dont les résultats du projet européen Interreg GeORG. Les résultats obtenus ont montré l’intérêt de prendre en compte l’advection de chaleur pour l’évaluation de la ressource géothermale. Ils ont été présentés lors du workshop européen de géothermie (Bethune et al., 2021) et seront soumis prochainement à une revue scientifique.

Objectif du stage :

Dans ce stage il est proposé de reprendre le modèle construit et les travaux précédents pour mieux représenter les éléments impactant la paléo-circulation des fluides hydrothermaux. Après une synthèse bibliographique sur la connaissance actuelle du système géologique du fossé rhénan, l’évolution de la topographie, les différents épisodes d’érosion et l’évolution des propriétés hydrauliques des différentes familles de faille devront être renseignées dans le modèle de bassin 3D existant.

Des cas tests synthétiques pourront être réalisés pour comprendre l’impact des différents paramètres d’entrée sur l’initiation et localisation des boucles convectives à l’échelle bassin. Cela permettra de tester plusieurs scenarios liant l’histoire thermique et les schémas de circulations de fluide.

Références :

Bethune, G. ; Lemgruber-Traby, A. ; Bossennec, B. ; Bär, K. ; Van der Vaart, J. ; Souque, C. ; Divies, R (2021). 3D Basin modelling of the northern Upper Rhine Graben: insights on geothermal fluid pathways. European Geothermal Workshop 2021, Karlsruhe.

Bossennec, C. ; Géraud, Y.: Böcker, J. ; Klug, B.; Mattioni, L.; Bertrand, L.; Moretti, I (2021). Characterisation of fluid flow conditions and paths in the Buntsandstein Gp. sandstones reservoirs, Upper Rhine Graben. BSGF - Earth Sci. Bull. 192 35. DOI: 10.1051/bsgf/2021027

Freymark, J.; Bott, J.; Scheck-Wenderoth, M.; Bär, K.; Stiller, M.; Fritsche, J-G et al. (2020) 3D-URG: 3D gravity constrained structural model of the Upper Rhine Graben.

Pogge von Strandmann P.; Burton, K.; Opfergelt, S., Eiriksdottir, E.; Murphy, M.; Einarsson, A.; Gislason, S. (2016) The effect of hydrothermal spring weathering processes and primary productivity on lithium isotopes: Lake Myvatn, Iceland. Chemical Geology 445: 4-13. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2016.02.026

Sanjuan, B.; Millot, R.; Innocent, C.; Dezayes, C.; Scheiber, J.; Brach, M. (2016) Major geochemical characteristics of geothermal brines from the Upper Rhine Graben granitic basement with constraints on temperature and circulation. Chemical Geology 428-C; 27-47. 10.1016/j.chemgeo.2016.02.021