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Vers un modèle de continuum pour expliquer la coexistence de différents systèmes géothermiques aux Antilles

20.07.2015
Pour répondre aux défis de la transition énergétique, l'objectif fixé aux départements et régions d’outre-mer par le Grenelle de l'environnement est d'atteindre une couverture de 50% des besoins par l'énergie renouvelable (dont la géothermie) en 2020 (30% pour Mayotte) et 100% en 2030. Il devient ainsi indispensable de caractériser les systèmes géothermaux, afin d’une part d’en optimiser la prospection et d’autre part, en s’appuyant sur une typologie éprouvée, d’optimiser l’usage de la ressource : production de froid, de chaleur, d’électricité. Pour les Antilles, le modèle proposé de continuum volcanisme-géothermie a pour objet de poser les bases d’une nouvelle approche de la prospection de cette énergie renouvelable.

Contexte

L'objectif fixé aux DOM dans le Grenelle de l'environnement est d'atteindre 50% d'énergie renouvelable en 2020 et 100% en 2030, objectif élevé mais indispensable au regard de la dépendance énergétique des îles françaises. 

Les Petites Antilles constituent un arc insulaire où un volcanisme et un hydrothermalisme actifs sont entretenus par la subduction de la plaque océanique atlantique sous la plaque caraïbe. Un tel contexte est propice à l’existence de ressources géothermiques de haute à moyenne énergie. 

Objectif

Parfaire la connaissance des systèmes hydrothermaux et mettre en place des démarches éprouvées pour approcher leur géométrie, évaluer la profondeur des réservoirs, la nature des fluides hydrothermaux et estimer leur potentiel, devient indispensable pour assurer la planification de l’usage de l’énergie géothermique. 

C’est dans cet objectif qu’a été mené un travail de synthèse sur les nombreuses données obtenues par le BRGM sur l’arc des Antilles ; l’objectif de cette approche est d’aboutir à un premier modèle de continuum volcanisme-géothermie éclairant les démarches de pré-prospection menées dans le cadre d’actions d’appuis aux politiques publiques.

Programme des travaux

Les données récentes d'exploration de surface acquises en Martinique, entre 2012 et 2014, ont conduit à revisiter les modèles conceptuels de trois systèmes géothermiques dans ce contexte d'arc volcanique actif : Petite Anse dans le Sud-ouest de l'île, Lamentin (près des Pitons du Carbet) dans le centre, et de la Montagne Pelée dans le Nord. Ces trois systèmes ont été comparés avec le champ géothermique de Bouillante (Guadeloupe) qui produit de l’électricité avec une capacité installée de 15 MWe. 

Le programme de travaux consiste en une approche comparative des différents systèmes, en fonction de paramètres sélectionnés tels que la température du réservoir, la durée des systèmes géothermiques, leur étendue, typologie, âge et la durée du volcanisme actif, le degré d'équilibre des fluides hydrothermaux avec leur encaissant et leur typologie, et enfin les rapports isotopiques 3He/4He (liés à l’origine des gaz). 

Résultats

Malgré quelques incertitudes qui restent à lever, les données rassemblées montrent  (Figures 1 et 2):

  • Pour la montagne Pelée, dont le volcanisme est très récent (dernière éruption en 1929), les sources thermo-minérales  de Rivière Chaude (RC) et  de Rivière Picodo témoignent du début d’un cycle hydrothermal  (stade prograde, environ 180-200°C) avec des eaux bicarbonatées peu matures et un rapport isotopique 3He/4He cohérent avec une source de gaz de même type que celles constatées sur les rides médio-océaniques ;

 B(G), Bouillante (Guadeloupe) ; L(M) Lamentin (Martinique) ; PA(M) Petite Anse ; PRC(M) rivière Chaude ; RP(M) rivière Picodo.

Position des différentes eaux géothermales des Petites Antilles dans les diagrammes de Giggenbach : B(G), Bouillante (Guadeloupe) ; L(M) Lamentin (Martinique) ; PA(M) Petite Anse ; PRC(M) rivière Chaude ; RP(M) rivière Picodo.

  • Pour Bouillante (Guadeloupe), on se situe à l’apogée du cycle hydrothermal (250°C) avec des eaux à l’équilibre et des valeurs 3He/4He qui marquent une atténuation de la signature magmatique si on la compare à celle du volcan actif de la Soufrière
  • Pour Petite Anse, qui est au stade du début d’effondrement du système hydrothermal (stade rétrograde,  190 à 210°C), on observe des mélanges avec de l’eau de mer et des valeurs du rapport 3He/4He qui pourraient s’expliquer par une contribution encore forte des gaz magmatiques ;
  • Enfin, pour Lamentin, on se situe à un stade d’effondrement du système hydrothermal très avancé (140° à 100°C) avec la même typologie d’eaux qu’à Petite Anse, mais un rapport 3He/4He qui indique un fort mélange avec de l’eau météorique.
Graphe du modèle de continuum présentant la coexistence de différents systèmes géothermiques aux Petites Antilles, reportée sur diagramme binaire temps versus température. Les valeurs en Ra expriment le rapport R = 3He/4He mesuré dans les gaz volcaniques normé par le rapport mesuré sur l’air actuel.

Graphe du modèle de continuum présentant la coexistence de différents systèmes géothermiques aux Petites Antilles, reportée sur diagramme binaire temps versus température. Les valeurs en Ra expriment le rapport R = 3He/4He mesuré dans les gaz volcaniques normé par le rapport mesuré sur l’air actuel.

Ce modèle de continuum s’inscrit dans une approche novatrice de la prospection géothermique pour cette région, qui s’enrichira et se confortera au fil de l’acquisition de nouvelles connaissances.

Partenaires

BRGM, ADEME, SMEN (Syndicat Mixte de l’Electricité de Martinique), FEDER, Région Martinique.