Emplacement de l'ancien bassin minier de part et d'autre de la frontière franco-belge et de la zone ciblée
GEOTHERBAMINE
Enjeux et objectifs du projet
Le programme Sous-sol, bien commun, vise à caractériser le potentiel du sous-sol français en termes de ressources, notamment pour faire face à la demande croissante en énergies décarbonées et renouvelables. Parmi celles-ci, la géothermie profonde est la seule en mesure de fournir chaleur et froid renouvelables pour répondre aux besoins de l’industrie et des collectivités.
Les projets géothermiques se multiplient dans les régions géologiquement connues et peu complexes type bassin sédimentaire ou socle fracturé. Mais pour réussir la transition énergétique en cours, cette opportunité doit être ouverte à l’ensemble des bassins industriels et bassins de vie urbains, même si le géosystème local est complexe et le risque économique de l’exploration plus élevé.
Pour contribuer à diminuer ce risque et à accélérer l’exploration, le projet GEOTHERBAMINE (GEOTHERmie dans le BAssin MINier) vise à contraindre un système géothermique complexe à l’aplomb d’un bassin sédimentaire fortement structuré, également bassin de vie et industriel dense : l’ancien bassin minier du Nord Pas-de- Calais (France).
Bien que cette région soit l’une de celles où le potentiel géothermique est le moins exploré, des circulations de fluides chauds sont identifiables au droit de l’ancien bassin houiller. Ce potentiel a poussé nos voisins belges à y forer des puits de production géothermique dans la région de Mons, avec des résultats toujours satisfaisant 40 ans après le démarrage de l’exploitation.
À l’échelle régionale toutefois, la température des eaux profondes est hétérogène. Deux aquifères profonds (à ~2-4 km) sont de potentielles cibles pour le développement géothermique dans le Nord Pas-de-Calais : les calcaires bréchiques/karstiques du Viséen (347-331 Ma) et les calcaires du Givetien-Frasnien (390-372 Ma). Ces aquifères sont enfouis sous d’épaisses unités schisteuses et gréseuses du Carbonifère - exploitées pour le charbon pendant trois siècles - qui se sont formées dans un bassin d’avant-pays le long du front de chevauchement nord de la chaine varisque. Tout ceci forme une zone structuralement complexe, dont il est indispensable de connaitre finement l’histoire géologique pour en évaluer le potentiel géothermique actuel.
Le projet GEOTHERBAMINE vise à évaluer le potentiel géothermique du bassin minier du Nord-Pas-de-Calais, structuralement complexe, en développant un nouveau géomodèle multi-échelle. Il vise quatre objectifs ambitieux grâce à une approche multidisciplinaire et intégrée :
- Comprendre les écoulements de fluides à travers le bassin et son substratum, et leur évolution dans le temps, en étudiant les roches réservoirs, les unités sus-jacentes et les fluides (composition et origine) à l’aide d’analyses pétrologiques, géochimiques, pétrophysiques, ainsi que de méthodes thermométriques et isotopiques.
- Réévaluer la structure 3D du bassin minier et la géométrie du système géothermique, en actualisant le modèle structural 3D récent développé par notre équipe et en se concentrant sur les zones mal contraintes. Cela implique le retraitement de profils sismiques existants, leur interprétation et conversion temps-profondeur, calibrés par des diagraphies et des données issues des archives d’exploration minière.
- Modéliser les circulations de fluides et la thermicité dans le modèle structural 3D révisé. Cela nécessite l’intégration des données géochimiques et pétrophysiques des roches et des fluides au fil des temps géologiques dans un modèle structural bien défini, ainsi que le test de plusieurs scénarios d’évolution du système.
Identifier les zones de l’ancien bassin minier où la ressource géothermique est la plus favorable à une exploitation. Ce dernier point devra prendre en compte les enjeux socio-économiques. C’est pourquoi GEOTHERBAMINE étudiera également l’acceptabilité de l’exploitation de l’énergie géothermique par la population locale, marquée par une relation particulière au risque en raison des catastrophes minières passées.
Résultats attendus
L’histoire industrielle de la région des Hauts-de-France a longtemps été liée à l’extraction de ressources énergétiques, en particulier le charbon. Si la fin de l’exploitation minière s’est traduite par des défis socio-économiques, la région est aujourd’hui en pleine transition vers de nouvelles énergies. Elle accueille désormais la plus grande centrale nucléaire de France (Gravelines), le plus grand parc éolien du pays, ainsi qu’une nouvelle gigafactory de batteries pour véhicules électriques (Dunkerque). Face au succès de la géothermie de l’autre côté de la frontière en Belgique un développement similaire du côté français s’avère essentiel, un objectif auquel le projet GEOTHERBAMINE contribue directement.
Dans cette optique, le résultat majeur attendu est un modèle 3D multi-échelle de la thermicité actuelle et des écoulements de fluides dans le bassin et son substratum, afin de guider les futurs forages géothermiques. Parmi les résultats spécifiques attendus, on peut citer :
- une caractérisation détaillée des propriétés physiques et mécaniques des unités carbonifères (réservoir et couverture) ;
- une cartographie structurale 3D actualisée, de l’échelle du bassin à celle des puits, intégrant les zones de fractures ;
- une reconstitution de la chronologie des événements majeurs de circulation de fluides liés à l’évolution tectonique ;
- l’identification des transformations minéralogiques associées aux circulations de fluides ;
- une évaluation du régime thermique du bassin et de son évolution pour comprendre les dynamiques d’écoulement, de circulation et de recharge du système.
De nombreuses action de communication et de diffusion des connaissances seront par ailleurs menées tout au long du projet GEOTHERBAMINE, que ce soit auprès de la communauté scientifique (chercheurs et étudiants) ou du grand public (publications, conférences…).
Organisation du projet
Les partenaires
