27 juin 2019 7ème soutenance de thèse GEOTREF

La septième thèse de GEOTREF sera soutenue par Dac Thuong NGO le 27 juin 2019 à 14h00 à l’Ecole des Mines de Paris : Modélisation numérique de la stimulation hydraulique et de la sismicité induite dans des réservoirs géothermiques profonds.

Résumé

La géothermie est une source d’énergie renouvelable pouvant servir de base pour la production d’électricité ou le chauffage, sans ou avec une émission limitée de gaz à effet de serre. Cependant, le développement et l’exploitation des réservoirs géothermiques profonds s’accompagnent généralement d’une sismicité induite – un effet secondaire qui peut susciter de vives inquiétudes auprès du public et empêcher une utilisation à grande échelle de l’énergie géothermique.

La pièce maîtresse d’une installation géothermique est un échangeur de chaleur, c’est-à-dire un réservoir, situé dans des roches chaudes en profondeur. Ce réservoir de roche est créé en utilisant la technique de la stimulation hydraulique, qui consiste essentiellement à injecter un fluide à des pressions élevées pour créer de nouvelles fractures hydrauliques qui se connecteront au réseau de fractures ou de failles préexistantes. Ce faisant de nouvelles voies pour la circulation du fluide seront créées et la surface d’échange de chaleur sera considérablement augmentée. Plusieurs processus physiques couplés interviennent lors de la stimulation et de l’exploitation de réservoirs géologiques profonds. Il s’agit essentiellement de la déformation et de la rupture de la roche, de l’écoulement du fluide, et des variations de température. Ces processus couplés et dépendants du temps sont à l’origine de la propagation des fractures et de la réactivation de failles, responsable de la sismicité induite. Cette thèse de doctorat est axée sur l’utilisation de simulations numériques dans le but de mieux comprendre le comportement thermo-hydro-mécanique des réservoirs géothermiques fracturés et de déterminer le potentiel de sismicité induite. La propagation des fractures hydrauliques et la réactivation de failles préexistantes sont modélisées à l’aide du concept de matériau cohésif en combinaison avec des éléments finis cohésifs et en tenant compte des processus physiques sous-jacents (par exemple, écoulement de fluide, déformation de la roche). Différents facteurs pouvant avoir un impact majeur sur la propagation de la fracture et la réactivation de la faille sont étudiés, tels que le frottement des failles préexistantes, le débit d’injection de fluide et l’orientation des failles. Les variations de température résultant de l’injection et de la circulation d’un fluide pouvant avoir un effet à long terme sont également étudiées séparément. La sismicité induite est ensuite étudiée sous l’angle de l’utilisation de la loi de la conservation de l’énergie afin d’expliquer le mécanisme de génération d’ondes élastiques consécutif à la rupture. Le processus de conversion de l’énergie de déformation accumulée dans un système avant la rupture en énergie cinétique pendant la rupture, quelle que soit la vitesse avec laquelle la charge externe est appliquée au système, est clairement démontré. Cette approche permet de bien comprendre les facteurs qui ont un impact majeur sur l’intensité des ondes sismiques induites. Ensuite, une procédure de modélisation est proposée pour calculer les accélérations maximales induites à la surface du sol par le glissement de la faille. Ces accélérations sont utilisées pour évaluer l’intensité du séisme en relation avec la perception humaine des ondes sismiques et l’endommagement causé aux infrastructures, participant ainsi au processus d’acceptation par le public de tout nouveau projet d’exploitation géothermique.