31 octobre 2018 3ème soutenance de thèse GEOTREF

La troisième thèse de GEOTREF sera soutenue par Vivien Navelot le 31 octobre 2018 à 14h00 à l’Ecole Nationale Supérieure de Géologie de Nancy : Caractérisations structurale et pétrophysique d’un système géothermique en contexte volcanique d’arc de subduction – Exemple de l’archipel de Guadeloupe.

Résumé

Les systèmes géothermiques situés sur des îles volcaniques actives en contexte de zone de subduction sont de plus en plus prospectés et exploités car ils constituent des ressources énergétiques significatives, renouvelables et accessibles avec des coûts d’exploitation relativement peu élevés. En Guadeloupe, la Basse-Terre et plus particulièrement la zone de Vieux-Habitants rassemble les indices permettant de supposer la présence d’un système hydrothermal de haute température.

Elle conjugue une source de chaleur importante, marquée par un volcanisme actif, une importante structuration tectonique, fournissant une partie du réseau de percolation et des précipitations abondantes qui permettent une recharge du réservoir. L’interprétation des données géophysiques acquises pour la prospection du système géothermique ne suffisent pas à sa pleine compréhension et nécessite donc l’analyse d’analogues. Pour proposer un modèle de système géothermique pour l’arc des Petites Antilles, l’étude a été menée sur différents paléo systèmes hydrothermaux situés dans les parties les plus anciennes des îles de Basse-Terre (Complexe Basal) et de Saint-Kitts ainsi que dans la partie centrale de Terre-de-Haut (archipel des Saintes). Ce modèle est ensuite appliqué à la zone de Vieux Habitants, zone d’intérêt du programme GEOTREF qui dispose d’un permis exclusif de recherche. Pour caler ce modèle, une analyse pétro-structurale a été menée. L’objectif final est de développer un modèle conceptuel pouvant servir de guide pour l’exploration géothermique.

Cette étude s’articule autour de deux axes, une étude multiscalaire de la déformation fragile de l’échelle kilométrique à l’échelle centimétrique et une caractérisation des propriétés pétrophysiques des différentes formations volcaniques qui peuvent composer le réservoir.

L’analyse des populations de failles et de fractures montre qu’il n’est pas possible de décrire leur organisation avec une seule loi mathématique. Il existe donc une échelle caractéristique pour chaque niveau d’observation. Les faciès volcano-sédimentaires sont très peu déformés ou de manière très localisée contrairement aux laves dont les densités de fracturation sont élevées. L’analyse de la distribution des faciès hydrothermalisés par rapport à ces structures montre qu’à l’échelle kilométrique, les intersections de failles ONO-ESE et NNE-SSO contrôlent le drainage des fluides et localisent les zones où l’altération hydrothermale est la plus prononcée. L’altération s’estompe très rapidement en s’éloignant de ces intersections. A l’échelle hectométrique, les grandes fractures, les structures primaires affectant les laves et les litages de dépôts pyroclastiques et de coulées de débris concentrent les écoulements.

Les faciès sont divisés en grands groupes en fonction de leur nature (laves, coulées de débris et dépôts pyroclastiques) et de leur degré d’altération (hydrothermale et supergène). Ils montrent une grande variabilité des caractéristiques pétrophysiques, avec des porosités comprises entre 1 % et 70%, des perméabilités qui varient sur 8 ordres de grandeurs, des vitesses de propagation des ondes P comprises entre moins de 500 m.s-1, et plus de 6000 m.s-1, ou des conductivités thermiques allant de 0,45 à 2,1 W.m-1.K-1. A l’état sain, les laves d’une part et les faciès pyroclastiques et de coulées de débris d’autres part, constituent deux groupes bien distincts. L’altération hydrothermale induit des remplacements minéralogiques et entraîne une restructuration totale du squelette matriciel et du réseau poreux. Elle se marque par une suppression du signal magnétique des roches. Elle permet le développement d’un groupe ayant des propriétés réservoirs intermédiaires en diminuant les propriétés réservoirs des dépôts volcano-sédimentaires et en améliorant celles des laves.

Le modèle de réservoir ainsi disponible conjugue à la fois des éléments structuraux et des hétérogénéités lithologiques qui permettent le transfert rapide des fluides, alors que les propriétés matricielles d’origines primaire et secondaire vont plutôt contrôler les propriétés de stockage de fluide et de chaleur.

Mots clés : géothermie, pétrophysique, géologie structurale, altération hydrothermale, étude multiscalaire, modèle conceptuel, réservoir fracturé.