La neuvième thèse de GEOTREF a été soutenue par Alexiane Favier le 30 octobre 2019 à l’Université des Antilles, pôle Guadeloupe, à Pointe-à -Pitre : Evolution spatio-temporelle de l’hydrothermalisme dans la plaque supérieure de l’arc des Petites Antilles en Guadeloupe. Applications aux systèmes géothermaux.
Résumé
Cette thèse, effectuée dans le cadre du projet GEOTREF (plate-forme pluridisciplinaire d’innovation et de démonstration pour l’exploration et le développement de la GEOThermie haute énergie dans les REservoirs Fracturés), vise à préciser le fonctionnement des réservoirs géothermaux de haute-enthalpie. Le potentiel géothermal de l’arc insulaire des Petites Antilles est connu depuis les années 1980 au niveau de la province géothermale de Bouillante en Guadeloupe. Pour continuer à développer cette ressource il faut d’une part identifier de nouvelles zones potentielles et d’autre part mieux comprendre le fonctionnement des réservoirs géothermaux de haute-enthalpie.
Dans ce cadre, l’objectif de ces travaux est de caractériser l’évolution spatio-temporelle de l’hydrothermalisme au niveau de la plaque supérieure de l’arc. Pour cela nous proposons une analyse pluridisciplinaire (études structurales, géochimiques, minéralogiques, pétrologiques et géochronologiques) des complexes volcaniques les plus anciens de l’archipel de Guadeloupe. Ce sont les parties les plus érodées, qui permettent donc d’observer à l’affleurement les parties les plus profondes de la croûte de l’arc volcanique.
L’étude du Complexe Basal situé au nord de l’île de la Basse-Terre nous a permis d’identifier un métamorphisme hydrothermal (métamorphisme d’arc) dont les conditions P-T (faciès sub-Schistes Verts) sont compatible avec le gradient géothermique conductif mesuré aujourd’hui. Ce métamorphisme, daté d’au plus 4 millions d’années, permet d’établir l’état thermique standard de la croûte de l’arc insulaire de Guadeloupe et démontre que la transition fragile-ductile est située à des profondeurs de l’ordre de 3 à 4 km.
Au niveau de l’île de Terre-de-Haut (Les Saintes), un paléo-réservoir exhumé a été identifié, servant de ce fait d’analogue de réservoir géothermal. Les transformations minéralogiques y ont été caractérisées : elles résultent d’un métamorphisme hydrothermal dans le faciès des Schistes-Verts (0,9 – 1,4 kbar, 360-375°C), synchrone du développement de couloirs de schistosité. Cette schistosité, de type pression–dissolution, révèle la présence d’horizons verticaux et latéraux de transfert de fluides hydrothermaux situés entre 2 et 3 km de profondeur. En comparant l’âge du volcanisme et la datation des phases hydrothermales de haute-température par la méthode 40Ar-39Ar à 2.59 ± 0.12 Ma, cela nous permet d’estimer une durée maximale de fonctionnement du paléo-réservoir à 650 ka.
Au cœur du système géothermal actif de l’île de la Basse-Terre, la découverte, l’analyse et la datation par la méthode K-Ar d’une nouvelle brèche hydrothermale à Vieux-Habitants révèle que l’activité géothermale actuelle correspond à un système épithermal distal relié à l’activité volcanique du Complexe Grande-Découverte-Soufrière, indiquant une neutralisation progressive des fluides en fonction de leur éloignement à la source de chaleur.
A partir de toutes ces données, un modèle conceptuel de fonctionnement d’un réservoir géothermal de haute-énergie en contexte d’arc actif est proposé qui intègre différents horizons latéraux, en particulier la transition fragile/ductile, et verticaux de transferts des fluides hydrothermaux.
Mots clés : Métamorphisme de bas degré – Schistosité de pression-dissolution – Géothermie de haute énergie – Méthodes 40Ar/39Ar et K-Ar – arc des Petites Antilles – Guadeloupe – GEOTREF.