Description complète

Le sujet proposé fait partie des travaux du premier volet – Recherche & Développement, lots 6&7 – du projet GEOTREF et a pour principal objectif d’établir une méthodologie de construction de réseaux de failles et de fractures qui améliore les algorithmes en cours dans le domaine de la modélisation de réservoir. Les méthodes courantes visent à reconstruire un objet géométrique 3D formé d’éléments simples, 2D, par des méthodes statistiques visant à reproduire des observations (forage, affleurements), où à minimiser un critère purement géométrique (trouver des portions de plans passant au mieux par les points localisés), dont les principes peuvent être trouvés par exemple dans Chiles et de Marsily (1993). Ces méthodes ont le plus souvent pour but de qualifier une échelle spatiale au-delà de laquelle des propriétés équivalentes peuvent être obtenues et transférées à des outils classiques de simulation de réservoir, par exemple selon une approche de double milieu poreux. La détermination pratique de cette échelle et la question du traitement des grandes structures découpant les réservoirs en compartiments et de l’organisation des fractures autour de ces grandes structures reste la plupart du temps en suspens, et dans les logiciels conventionnels les grandes structures sont souvent incluses a posteriori.

Les méthodologies classiques de construction de réseau de fractures discrètes n’utilisent pas encore ni le fait que l’activité micro-sismique naturelle puisse renseigner sur les processus géomécaniques à l’oeuvre dans le réservoir, ni le fait que l’interprétation d’un micro séisme, naturel ou induit, délivre de l’information sur le mécanisme de rupture, sens des glissements, orientation des contraintes. Ces informations sont pourtant de première importance pour les usages prévus de ces modèles de réseau de fractures dans le cadre du projet GEOTREF, car la bonne compréhension des aspects hydro-mécaniques puis thermo-hydro-mécaniques seront la clé du succès du développement des forages et des réservoirs poreux-fracturés pour la géothermie de haute énergie.

Le sujet vise donc à construire et évaluer un générateur de structures 3D aléatoires qui respecte certains critères géométriques et mécaniques que l’on définira. La littérature récente (Mäkel, 2007) souligne l’intérêt des considérations d’ordre mécanique et dynamique pour une meilleure représentation de l’architecture d’un réseau de discontinuité à l’actuel et des propriétés de connectivité qui en découlent. Paluszny et Matthai (2010) montrent comment générer un réseau de fracture 2D en élasticité linéaire qui itérativement se développe. Ainsi les fractures grandissent ou pas et interagissent entre elles, jusqu’à former un réseau percolant dont ils peuvent obtenir des propriétés hydrauliques équivalentes. Le principe est repris de manière simplifiée sans résolution effective du problème mécanique pour traduire l’attraction ou la répulsion entre fractures voisines par Bonneau et al. (2013). Dans le même temps, à partir de défauts disposés aléatoirement en 3D, Davy et al. (2013) discutent les critères de croissance et d’arrêt des fractures, tout en respectant un objectif de loi de distribution des longueurs de type puissance, fixé a priori. Un avantage des algorithmes de génération de réseau par prise en compte d’une procédure de croissance itérative est qu’ils tendent naturellement à faire apparaitre les éléments structurants les plus grands au début du processus, le réseau se peuplant davantage en petits éléments au fur et à mesure que les interactions se développent. Parce que les réservoirs ainsi simulés respecteront mieux a priori le contexte mécanique global, l’incertitude sur la caractérisation des paramètres hydrauliques, temps de percée de traceurs et surfaces d’échange thermique des réservoirs développés devrait être mieux quantifiée.

Le travail se place donc à l’aval des tâches d’acquisition, de localisation et d’interprétation des évènements micro-sismiques, et doit aboutir à la caractérisation du régime géomécanique au voisinage des grandes structures du réservoir, puis à la caractérisation hydraulique du milieu fracturé obtenu (sa connectivité, sa perméabilité, son anisotropie) en vue de déterminer un milieu équivalent, et spécifique à un site de démonstration (Cf. application au lot de démonstration en Guadeloupe). Il nécessitera le développement de codes numériques de calcul à partir de librairies préexistantes ou à créer, dans un langage approprié, interfaçable avec d’autres plateformes de calcul.

La collaboration avec les scientifiques responsables des actions menées en parallèle dans GEOTREF sera importante. Elle contribuera à l’effort actuellement engagé pour développer une filière de production d’énergie décarbonée, combinée à une offre logicielle nouvelle, applicable en routine dans le contexte volcanique des Caraïbes. Ce travail ne nécessite pas de connaissances préalables en géophysique, mais l’étudiant devra avoir des bases en géologie et géomécanique, des connaissances en mathématiques ou statistique, ainsi qu’une première expérience de développement de programme de calcul.