Description complète

La compréhension et la prédiction du comportement des systèmes géothermiques à haute énergie se heurte à un doublé défi : il s’agit d’une part de capturer les principaux phénomènes physiques contrôlant la circulation des fluides et les transferts de chaleur, et, d’autre part, d’identifier le rôle des hétérogénéités géologiques dans ces processus. Depuis les travaux de Kohl et al, (2003) d’important progrès ont été réalisés en modélisation des processus couplés. Toutefois, leur application reste souvent limitée à des systèmes à deux dimensions ou de géométrie relativement simple, voir par exemple Scott et al (2015). Il est donc pour l’instant difficile de prédire en le rôle d’hétérogénéités complexes dans le fonctionnement local ou global de systèmes géothermiques.

L’objectif de cette thèse est d’apporter des éléments de réponse à cette problématique en s’appuyant sur des descriptions 3D réalistes des hétérogénéités géologiques (géométrie des unités rocheuses, réseaux de fractures). Il s’agira de générer des maillages non structurés aptes à discrétiser ces hétérogénéités puis d’effectuer des simulations numériques sur ces maillages à l’aide de méthodes hybrides éléments finis / volumes finis.

On s’appuiera pour cela sur des avancées récentes en génération de maillages non structurés réalisées au laboratoire GeoRessources en partenariat avec l’INRIA (Pellerin et al, 2014 ; Botella et al, 2015) et sur le code numérique CSMP++ (Coumou et al 2008 ; Weiss et al. 2014 ; Scott et al, 2015).

Ce travail de thèse visera donc d’une part à développer un outil couplant modèle statique et modèle dynamique du réservoir géothermique. Un aspect important concernera l’intégration de propriétés thermiques et hydrodynamiques pertinentes aux éléments de maillage. Cet outil permettra par exemple de réaliser des tests de sensibilité de la réponse du système géothermal à des changements dans la description du milieu géologique. Plus généralement, il permettra de répondre à des questionnements fondamentaux ou appliqués sur la ressource géothermale.

Références :

Botella, A., Lévy, B., & Caumon, G. (2015). Indirect unstructured hex-dominant mesh generation using tetrahedra recombination. Computational Geosciences. http://doi.org/10.1007/s10596-015-9484-9

Coumou, D., Matthäi, S., Geiger, S., & Driesner, T. (2008). A parallel FE–FV scheme to solve fluid flow in complex geologic media. Computers & Geosciences, 34(12), 1697–1707. http://doi.org/10.1016/j.cageo.2007.11.010

Kohl, T., Andenmatten, N., & Rybach, L. (2003). Geothermal resource mapping—example from northern Switzerland. Geothermics, 32(4-6), 721–732. http://doi.org/10.1016/S0375-6505(03)00066-X

Pellerin, J., Lévy, B., Caumon, G., & Botella, A. (2014). Automatic surface remeshing of 3D structural models at specified resolution: A method based on Voronoi diagrams. Computers & Geosciences, 62(0), 103–116. http://doi.org/10.1016/j.cageo.2013.09.008

Scott, S., Driesner, T., & Weis, P. (2015). Geologic controls on supercritical geothermal resources above magmatic intrusions. Nature Communications, 6, 7837. http://doi.org/10.1038/ncomms8837

Weis, P., Driesner, T., Coumou, D., & Geiger, S. (2014). Hydrothermal, multiphase convection of H 2 O-NaCl fluids from ambient to magmatic temperatures: a new numerical scheme and benchmarks for code comparison. Geofluids, 14(3), 347–371. http://doi.org/10.1111/gfl.12080