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
Présentation scientifique
Responsables du projet
Franck Bourdelle (CY Cergy Paris Université)
Franck Bourdelle
Franck Bourdelle
Franck Bourdelle, Professeur des Universités à l’Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP, UMR7193) à CY Cergy Paris Université, étudie les interactions fluides/roches impliquant ou conduisant à la formation de minéraux argileux. Il s’est spécialisé dans la caractérisation cristallochimique de ces minéraux, afin d’en déduire les conditions de leur formation (Fluide, Chimie, Pression, Température). Il applique ses outils géochimiques et thermométriques à l’étude des réservoirs, notamment géothermiques, et aux géosystèmes anthropisés. Coordinateur de GEOTHERBAMINE et Responsable scientifique de l’ISTeP pour ce projet, il est co-leader du WP1 et du WP5.
Olivier Averbuch (Université de Lille)
Olivier Averbuch
Olivier Averbuch
Olivier Averbuch, Maître de Conférences HDR au Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (UMR 8187) à l’Université de Lille est géologue structuraliste, spécialisé dans les déformations des systèmes orogéniques et la dynamique des bassins sédimentaires associés. Dans le cadre du projet GEOTHERBAMINE, il coordonne les travaux sur la modélisation structurale 3D du front septentrional de la chaîne varisque dans le Nord de la France en vue de caractériser la géométrie profonde et le schéma de fracturation à grande échelle de l’aquifère des calcaires du Carbonifère sous le bassin houiller du Nord-Pas de Calais. Référent scientifique du LOG pour GEOTHERBAMINE, Il est co-leader du WP3.
Laurent Beccaletto (BRGM)
Laurent Beccaletto
Laurent Beccaletto
Laurent Beccaletto, Dr HDR, est géologue sénior au BRGM, spécialiste de l’étude des bassins sédimentaires à partir des données de forages et de sismique réflexion. Ses travaux de recherche portent sur les bassin carbonifères-permiens à l’affleurement et en subsurface. Référent scientifique du BRGM pour GEOTHERBAMINE, Il est co-leader du WP3, dédié à la compréhension de la géométrie en 3D du bassin minier et de son substratum carbonaté, cible géothermique du projet.
Cyril Durand (Université de Lille)
Cyril Durand
Cyril Durand
Cyril Durand est spécialisé en pétrologie et géochimie des roches magmatiques et métamorphiques et en particulier des roches carbonatées. Il est responsable du Master Géoressources, Géorisques, Géotechnique Parcours Géologie de l’Ingénieur – Master 3G GEOLIN – formation proposant un axe de spécialité en géothermie. Cyril est le Responsable scientifique du LGCgE pour GEOTHERBAMINE, et co-responsable du work package 1 du projet GEOTHERBAMINE.
Adriana Traby (IFPEN)
Adriana Traby
Adriana Traby
Adriana Traby est cheffe de projet R&D en modélisation géologique à l’échelle régionale à l’IFPEN, avec plus de 20 ans d’expérience en modélisation de bassins et en analyse des systèmes pétroliers. Ses travaux portent notamment sur l’adaptation des outils de modélisation de bassins aux applications de la transition énergétique, notamment la géothermie, le lithium, les systèmes hydrogène et le stockage géologique du CO₂. Elle est responsable scientifique de l’IFPEN pour GEOTHERBAMINE et pilote le WP4 du projet.
Les partenaires
