Géothermie en Région parisienne - Modélisations hydrauliques et thermiques

Contexte de réalisation

Le renouveau de la géothermie dans le Bassin parisien depuis les années 2000 entraîne une augmentation du nombre d’opérations de géothermie exploitant le réservoir du Dogger. De plus, les exploitations fonctionnant depuis les années 80 sont progressivement réhabilitées, avec un forage (création d’un triplé) ou deux forages (création d’un nouveau doublet et abandon de l’ancien).

L’intensification de l’exploitation du réservoir par des doublets géothermiques entraîne une diminution progressive du stock de chaleur, du fait de la réinjection du fluide refroidi dans le réservoir.

Afin d’assurer une exploitation durable, la gestion de cette diminution passe par l’évaluation des impacts thermiques et hydrauliques des ouvrages de géothermie sur la ressource. L’ADEME, lors de la demande de financement dans le cadre du fonds chaleur, et la DRIEE, lors des demandes de permis de recherche et d’exploitation, réclament une étude de ces impacts, appuyée par des résultats de modélisation.

L’ADEME et la DRIEE ont donc besoin d’une vue d’ensemble des problématiques et des pratiques de modélisations employées sur le Dogger de la Région parisienne.

        Bulle froide autour du puits injecteur après 30 ans de simulation d’exploitation © BRGM

Objectif

L’objectif de ce projet était d’organiser un groupe de travail de spécialistes reconnus, pour mettre en cohérence les pratiques de modélisation prédictives des projets de géothermie au Dogger et donner des clés à l’administration pour évaluer la qualité des modélisations. Le travail s’est articulé autour de 3 points :

1. Identifier les différentes problématiques liées à la modélisation dans un projet de géothermie au Dogger, pour permettre aux pouvoirs publics de fixer, à l’attention des Maitres d’Ouvrage, le cadre des paramètres à utiliser et des phénomènes à étudier dans le montage de leurs projets de géothermie ;
2. Synthétiser les paramètres pris en compte et les étapes de la modélisation prédictive du comportement du réservoir, pour permettre aux administrations d’asseoir leur décision de permis de recherche et d’exploitation du projet sur des critères et une démarche validés ;
3. Créer et pérenniser l’action du groupe de travail sur la modélisation au Dogger, pour adapter les recommandations fournies dans la synthèse aux évolutions du marché et de la connaissance.

Programme des travaux

Le programme se décompose en trois étapes :

1. Une première étape d’échanges entre les acteurs du groupe, sur les méthodes de modélisation utilisées par chacun, afin d’en faire la synthèse et d’identifier les problématiques ;
2. La seconde étape se concentre sur la variabilité des résultats de modélisation en fonction des logiciels et du modèle conceptuel de réservoir choisi. Elle se base sur un exercice de comparaison en deux parties, construit à partir du doublet d’étude d’Alfortville. En première partie, une solution analytique est calculée à partir d’un modèle conceptuel précis et les différents acteurs du groupe tentent d’approcher au mieux cette solution avec leurs méthodes de simulation propre. En seconde partie de l’exercice, différents types de modèles conceptuels de réservoir sont testés par les acteurs du groupe, pour évaluer la variabilité des résultats de simulation due au modèle de réservoir choisi. Les résultats suivis sont le temps de percée thermique (temps au bout duquel la décroissance thermique est notée au puits de production) et la température finale au puits de production au bout de 20 ans de simulation ;
3. La dernière étape est la rédaction par le BRGM d’un guide de lecture des modélisations pour la géothermie au Dogger, à partir des conclusions des étapes 1 et 2 et la mise en place d’un programme ultérieur destiné à poursuivre le travail du groupe constitué.

Résultats obtenus

La synthèse des problématiques de modélisation a permis de faire un bilan sur la diversité des approches de modélisation concernant les historiques d’exploitation, les modèles conceptuels et les phénomènes physiques pris en compte. Le travail technique du groupe modélisation s’est porté sur la construction et la réalisation d’un exercice permettant de tester différentes sources de variabilité des modélisations utilisées couramment au Dogger.

Les conclusions de la première partie de l’exercice de comparaison permettent de conforter l’idée de l’équivalence des logiciels pour les modélisations hydrauliques et thermiques au Dogger. La difficulté de traduire certains modèles conceptuels en modèles numériques a été mise en évidence. La seconde partie a conclu à une variabilité de 4,5 ans sur le temps de percée thermique et 5°C sur la température finale de production, en fonction du modèle de réservoir choisi. Les résultats ont confirmé le caractère pessimiste du modèle monocouche, le caractère optimiste du modèle multi couches et le compromis du modèle sandwich.

L’analyse des courbes de résultats a aussi mis en avant la variabilité liée à l’historique d’exploitation dans le cas du modèle multicouche. Le rapport BRGM est un état des lieux des pratiques de modélisation pour la géothermie au Dogger. Il ne donne pas de préconisations pour les modélisations, mais met en avant les paramètres et étapes sensibles qui demandent une attention particulière.

L’action du groupe de travail est poursuivie en 2011 par la comparaison des résultats de simulation de l’exercice aux données de terrain sur le doublet d’Alfortville.

Partenaire

ADEME