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Module : Géothermie Année universitaire 2016-2017 Section : Mastère MR1-ST, RME

Module : Géothermie Année universitaire 2016-2017 Section : Mastère MR1-ST, RMEV ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Chapitre 3. Champs géothermique, système et réservoir géothermique 1- Champs géothermique 1.1. Définition Le modèle du champ géothermique est basé sur l’existence d’un centre de chaleur constitué par une masse magmatique qui remonte dans la croute et amène un flux anormal de chaleur. En absence de fluide, le transfert de chaleur dans la croute terrestre se fait par conduction. Cette eau, en se chauffant devient légère et tend à remonter et à se faire remplacer par un fluide plus froid et plus lourd, ainsi s’installe un régime de convection au sein de la roche réservoir qui sera fonction de la distance entre le centre de chaleur et la surface. Figure 8. Présentation schématique d’un champ géothermique (Ben Dhia, 1983) 14 Module : Géothermie Année universitaire 2016-2017 Section : Mastère MR1-ST, RMEV ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1.2. Caractéristiques d’un champ géothermique Un champ géothermique exige 5 constituants fondamentaux (Armstead, 1978) : - Une source de chaleur suffisante qui peut être soit une intrusion magmatique, soit une remontée mantellique, - Un terrain conducteur de la chaleur, - Un aquifère, un niveau perméable ou une zone fracturée capable d’entrainer une grande quantité d’eau et/ou de chaleur, - Une source de réalimentation en eau pour compenser les pertes de fluide dans l’aquifère, - Une couche couverture peu conductrice de chaleur (cap rock) qui empêche le transfert thermique vers l’atmosphère. 2- Système géothermique Un système géothermique est le résultat de la combinaison de plusieurs conditions géodynamiques, hydrogéologiques et physico-chimiques. En effet ce système était défini pour décrire les eaux de convection naturelle dans la partie supérieure de la croute terrestre, qui dans un espace confiné, transfère la chaleur de sa source jusqu'à une faible profondeur. Le système géothermique englobe l’ensemble des facteurs pouvant engendrer une augmentation de la ressource géothermique et qui sont : - L’eau qui pénètre profondément dans le sol et qui s’écoule vers le réservoir d’accumulation, - Le mouvement de la croute terrestre et la formation d’intrusions chaudes et anomalies de flux de chaleur, - Zone de haute perméabilité pour que l’eau chaude et la vapeur puissent monter jusqu'à des profondeurs accessibles par les forages d’exploitation. En présence de ces éléments et sous des conditions favorables peut exister un réservoir géothermique. Ce terme a été étendu pour inclure toute autre source dans la terre, de laquelle on peut extraire de façon économique la chaleur. 3- Caractéristique d’un réservoir géothermique L’importance d’un réservoir géothermique se mesure non seulement par la quantité de chaleur qu’il emmagasine, mais aussi par la facilité avec laquelle cette chaleur en est extraite. Une telle facilité ou difficulté est directement induite par la conjugaison des caractéristiques lithophysiques 15 Module : Géothermie Année universitaire 2016-2017 Section : Mastère MR1-ST, RMEV ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- du réservoir, d’une part, et des qualités physico-chimiques du fluide qui y circule d’autre part. Un réservoir géothermique est caractérisé par un certain nombre de paramètres (Zaghloule, 1994) : La température : La température croit en fonction de la profondeur. La variation de la chaleur emmagasinée dans un réservoir géothermique peut être expliquée par la présence d’anomalies thermiques (positives ou négatives) selon les régions. Le gradient géothermique augmente de 3 °C en moyenne chaque fois que l’on s’enfonce de 100 m dans l’écorce terrestre. Cette évolution verticale du gradient n’est pas une fonction constante, elle varie entre 2 et 10 °C par 100 m d’enfouissement. Un réservoir géothermique est d’ailleurs supposé en relation avec une anomalie géothermique positive. Les caractéristiques hydrodynamiques : Les principales caractéristiques hydrodynamiques se résument comme suit : - la pression du fluide dans le réservoir permet de savoir si une nappe est artésienne et de connaître à quelle profondeur est abaissé le niveau d’eau lors d’un pompage. - la perméabilité (K) caractérise la facilité avec laquelle un fluide peut circuler dans un réservoir. Le produit de perméabilité et de l’épaisseur donne la transmissivité, paramètre fondamental en hydraulique souterraine. - les limites géologiques du réservoir sont généralement celles de toute nappe captive avec des affleurements constituant des zones d’alimentation et d’autres (plus bas) des aires de décharge. Le fluide géothermal : La qualité du fluide géothermal (eau dans son état liquide et / ou vapeur) dépend de plusieurs facteurs parmi lesquels, la température du fluide dans le réservoir, la salinité de l’eau, la viscosité, certaines teneurs en éléments chimiques, qui peuvent renseigner sur sa nature, son degré de confinement ou de renouvellement ainsi que son âge approximatif. L’exploitation de l’eau chaude se fait par diverses techniques, dépendant de la pression du gisement 4- Circuit hydrothermal Le mode gisement plus ou moins complexe suivant le contexte géologique, obéit à un minimum de conditions, à avoir un réservoir souterrain alimenté par sa bordure haute et drainé par sa limite basse. Le circuit hydrothermal comprend : - Une aire d’alimentation par les eaux météoriques qui s’infiltrent à travers les formations perméables homogènes (Sable, grès) ou imperméables fissurées (calcaire, dolomie), 16 Module : Géothermie Année universitaire 2016-2017 Section : Mastère MR1-ST, RMEV ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - Une zone plus vaste correspondant à un réseau d’infiltration mais à vitesse d’écoulement très lente, où l’eau trouve le temps suffisant pour acquérir sa minéralisation, - Un axe de collecte agissant en drain et permettant la remontée rapide de l’eau chaude. Cet axe est souvent représenté par un accident plus ou moins profond jouant le role d’une barrière hydrographique. Celui-ci peut se ramifier près de la surface suivant un réseau d’accidents superficiels qui représentent des axes de cheminement préférentiels d’eaux souterraines, - Une zone de décharge où l’eau souterraine émerge en plusieurs sources appartenant à un même système hydrogéologique. La zone comprise entre le tronc thermal et la zone d’émergence peut être le lieu d’une contamination éventuelle par les eaux superficielles froides. 5- Anomalies géothermiques Les principaux facteurs engendrant des variations latérales ou verticales d’anomalie de température à l’intérieur de la terre sont : - Les effets de surface tels que la topographie et le climat, - Le mouvement descendant et latéral des eaux météoriques à travers les fractures et roches poreuses, - Le mouvement vertical et latéral des eaux juvéniles à travers les fractures et roches poreuses, - La source de chaleur produite par des processus chimiques et biologiques (exo et endothermique), physique et par la désintégration des éléments radioactifs, - La différence verticale et latérale de la conductivité thermique due aux déformations structurales et au changement de la lithologie, - Les activités volcaniques ou intrusions récente, - Le flux de la chaleur local. 6- Aboutissement d’une étude géothermique Le traitement intégré de différentes indications de température permet : - D’estimer les températures profondes par bassin à l’aide des gradients géothermiques calculés et permettant d’évaluer le flux géothermique, - De distinguer les limites hydrodynamiques en aires de recharge et de décharge pour les principales unités hydrogéothermiques, 17 Module : Géothermie Année universitaire 2016-2017 Section : Mastère MR1-ST, RMEV ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- - D’identifier les aquifères d’origine des principales sources thermales et de comprendre leurs modèles de fonctionnement hydrodynamique, - De proposer des modèles conceptuels explicitant les relations entre hydrodynamisme et variation de températures profondes, - De mettre au point un diagramme montrant les différents comportements thermiques dans un contexte géologique et en tenant compte des leins avec la température souterraine, l’eau et la présence des hydrocarbures dans les bassins sédimentaires. 18 uploads/Geographie/ chapitre-3-geothermie-2021.pdf