Contexte et objectifs du projet
Conformément à l'engagement de la COP21 de limiter l'augmentation de la température mondiale à 1,5°C au-dessus des niveaux préindustriels, la France a adopté la « Stratégie Nationale Bas Carbone », qui vise à réduire la consommation d'énergie, tout en favorisant également le développement des sources d'énergie renouvelables.
Cet objectif soulève d'importantes questions concernant le potentiel des ressources énergétiques sous-explorées, telles que l'hydrogène (H2) naturel et l'énergie géothermique qui reposent sur l'extraction de matériaux du sous-sol. Garantir l'acceptabilité sociétale de l'exploitation de ces ressources nécessite des efforts intensifiés et accélérés pour mieux comprendre leur génération, leur potentiel de stockage et leur viabilité globale.
L'utilisation des ressources énergétiques dans les bassins sédimentaires et les roches du socle igné et métamorphique, telles que l'hydrogène naturel ou l'énergie géothermique, est un composant clé de la transition énergétique. À cet égard, la structure thermique de la lithosphère est un composant fondamental, mais mal contraint, des modèles de réservoir, particulièrement pour l'exploration géothermique ou la formation de gaz tels que l'hydrogène naturel.
Les modèles de réservoir des ressources actuelles utilisent des types de modèles thermo-hydrauliques à court terme et souvent transitoires calibrés à l'aide de paramètres tels que les gradients géothermiques, le flux de chaleur et les propriétés thermiques mesurés in-situ près de la surface. Ils supposent la conduction de la chaleur ou la convection entraînée par les mouvements de fluides (par exemple, anomalies thermiques à travers les failles), la solubilité des gaz cruciale pour l'hydrogène naturel ou les états de contrainte.
Ces paramètres fondamentaux, bien que valides à court terme, peuvent ne pas être valides à long terme. Ce problème d'échelle est particulièrement critique dans le cas de l'exploration de l'hydrogène naturel. En effet, il n'est pas encore clair si les flux mesurés (par exemple, Bassin Aquitain) reflètent des processus actifs qui peuvent être modélisés avec ce type d'approche, ou s'ils indiquent des accumulations transitoires qui nécessitent la connaissance de l'histoire géologique, et donc la génération, les voies de migration des fluides fossiles, et le piégeage de H2 sur des millions d'années. De plus, parce que la génération de H2 est souvent le résultat de réactions chimiques entre des fluides hydrothermaux profonds et les roches, par exemple la serpentinisation ou d'autres processus d'altération HT, un prérequis est de comprendre comment la chaleur et les fluides sont transférés du manteau vers les réservoirs peu profonds dans les bassins sédimentaires et leur socle à l'heure actuelle, ce qui est le résultat d'une dynamique à long terme sur des cycles tectoniques.
Résultats attendus
Le projet IDYLLE vise à combler le fossé entre les processus à l'échelle de la lithosphère et l'origine et le transfert de chaleur, de gaz et de fluides stockés dans les réservoirs crustaux peu profonds. La proposition se concentre sur l'amélioration de la modélisation actuelle des réservoirs pour évaluer plus précisément le potentiel de l'hydrogène naturel et de l'énergie géothermique.
Pour aborder le difficile problème du transfert de chaleur et de fluides sur des échelles de temps et d'espace courtes/longues, la nouveauté d'IDYLLE est de rassembler sur une plateforme unique une équipe de recherche unique (24 chercheurs et 7 postdoctorants) qui possède une expertise complémentaire dans le domaine de la tectonique et de la géodynamique (géologie de terrain, modélisation numérique, interactions fluide-roche, pétrologie magmatique et géochimie des gaz nobles), l'évolution des bassins (stratigraphie, sédimentologie, modélisation couplée surface-tectonique) et la géochimie et la modélisation des réservoirs (simulation de la production de gaz et de la migration fluide/gaz).
IDYLLE vise à :
- collecter des données sur les flux de chaleur, de fluides et de dégazage mantellique (WP1) ;
- analyser les événements thermiques, la subsidence et la génération de H₂ (WP2) ;
- développer des modèles 3D de bassins sédimentaires intégrant ces données et celles des PC pour restaurer les architectures sédimentaires et les migrations de fluides au fil du temps et modéliser les distributions résultantes de flux de chaleur et de H2 et les propriétés des réservoirs à l'échelle du bassin.
Parmi les nombreux livrables scientifiques et appliqués d'IDYLLE figurent :
- une base de données complète des voies de fluides actuelles et fossiles, de la température et du dégazage et des flux de chaleur à l'échelle de la lithosphère dans le Bassin Aquitain ;
- calibration des flux de H2 fossiles basée sur une combinaison de données expérimentales et de modèles de réservoir nous permettant d'évaluer le potentiel de piégeage de H2 dans le Bassin Aquitain ;
- nouvelle approche de modélisation utilisant la validation croisée et la réduction d'échelle entre les modèles de convection, les caractéristiques pétro-physiques de la lithosphère continentale et la modélisation du bassin et du réservoir à l'échelle du bassin Aquitain avec l'objectif d'évaluer le potentiel géologique pour l'hydrogène naturel.
IDYLLE fournira de nouveaux flux de travail de données pour caractériser les flux de chaleur et de gaz à l'échelle de la France, qui sont des contributions de premier ordre pour l'estimation d'exploration du potentiel des ressources du sous-sol dans la transition énergétique. Le modèle à l'échelle du bassin Aquitain du potentiel gazier et géothermique guidera de futures explorations plus détaillées. Le modèle compilé du réservoir du bassin Aquitain sera également une contribution significative pour d'autres utilisations du sous-sol telles que le stockage de CO2.
Organisation du projet
Responsables du projet
Frédéric Mouthereau (Université de Toulouse), responsable du projet IDYLLE et de son WP1
Frédéric Mouthereau
Frédéric Mouthereau
Frédéric Mouthereau est professeur à l’Université de Toulouse (laboratoire Géosciences Environnement Toulouse) et membre senior de l’Institut Universitaire de France. Titulaire d’un doctorat de l’Université Pierre-et-Marie-Curie (Sorbonne Université), ses recherches portent sur le couplage entre la déformation de la lithosphère continentale et les processus de surface associés à la formation des chaînes de montagnes et, plus largement, à l’évolution de la topographie continentale. Il combine approches de terrain, thermochronologie, géochimie et géophysique, avec des applications sociétales liées aux aléas géologiques et à la transition énergétique. Il a piloté et co-piloté de nombreux projets nationaux et internationaux (ANR, CNRS-industrie), publié environ 100 articles scientifiques, encadré 19 doctorants, et assumé des responsabilités majeures dans la formation et l’animation de la communauté scientifique internationale. Il est coordinateur du projet IDYLLE et responsable du WP1.
Les partenaires
