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Thermofault : la chaleur des failles

La géothermie est une source de production d’énergie maitrisée, continue et à faible coût par rapport à la plupart des ressources énergétiques renouvelables (photovoltaïque, hydrolien et éolien). Les gisements d’énergie géothermique sont jusqu’à présent localisés dans des régions géologiques bien spécifiques telles que les zones volcaniques, les rifts, certains granites contenant de fortes proportions d’uranium, ou bien des zones où les sédiments agissent comme des couvertures thermiques. Il apparait également que les failles d’échelle crustale peuvent présenter de fortes anomalies de distribution de la chaleur. L’origine des anomalies thermiques dans les failles est généralement attribuée à un amincissement de la croûte continentale, à la friction lors des séismes, à l’exhumation des roches chaudes ou au transfert d’eau thermale. La géothermie sur faille peut donc constituer de nouvelles cibles, cependant, la part de ces nouvelles cibles dans le potentiel d’énergie géothermique reste à évaluer.

Depuis 2015, une équipe de chercheurs de Géosciences Montpellier* animée par Roger Soliva, s’intéresse à la faille à faible sismicité de la Têt, dans les Pyrénées Orientales, qui est ponctuée de nombreuses sources thermales avec des eaux atteignant 73°C. Suite à une première étude de faisabilité dans le cadre du master de Guillaume Martin en 2013, la thèse de Audrey Taillefer a été lancée (2014-2017) dans le cadre du programme RGF Pyrénées en collaboration avec le BRGM. L’approche proposée était multi-disciplinaire, alliant géologie structurale (cartographie, fracturation, modélisation structurale 3D, géomorphologie), hydrochimie et modélisation 3D des écoulements. Elle a montré que les circulations hydrothermales peuvent maintenir à elles seules une anomalie thermique extrême, avec un gradient supérieur à 90°C par kilomètre, soit plus de trois fois le géotherme normal, au sein de la zone de faille et proche de la surface de la Terre. Les eaux météoriques s’infiltrent via les fractures dans les massifs de gneiss culminant à plus de 2000 mètres, se réchauffent en profondeur et remontent par la faille pour former les sources thermales de la vallée de la Têt. Un article de synthèse récemment publié fait le point sur cette partie du sujet. Ces travaux montrent notamment que dans ce contexte de tectonique très faiblement active et en absence de magmatisme en profondeur, l’anomalie thermique est liée à la topographie des reliefs avoisinants et de la faille, aux propriétés de la zone de faille (fracturation, perméabilité, …), et à la juxtaposition des sédiments Miocène, des métasédiments, des gneiss et des granites. Modèle 3D de la perturbation thermique le long de la faille de la Têt associée à la recharge des fluides météoriques sur les reliefs et à leur remontée dans la zone de faille (flèches rouges) jusqu’aux principales sources dans les stations thermales.

À la suite de ces premiers résultats, l’équipe a eu l’idée de mesurer l’amplitude des anomalies thermiques et leur évolution au cours du temps, en utilisant des méthodes de thermo-chronologie, d’analyses pétro-structurales et de micro-thermométrie. Ces travaux sont développés dans le cadre du projet "Thermofault" porté par Roger Soliva, à l’aide du co-financement de la société TLS géothermics et de la région Occitanie (thèse de Gaétan Milési 2017-2019). L’application originale de la thermo-chronologie basse température à un système géothermique (méthode U-Th/He sur apatite et zircon) a été plus récemment soutenue par un projet CNRS/INSU. Les premiers résultats de cette étude montrent qu’une anomalie thermique extrême peut être maintenue pendant plusieurs millions d’années proche de la surface et que les écoulements hydrothermaux modifient drastiquement les âges obtenus par thermo-chronologie. Ce projet évoluera ensuite vers la modélisation mécanique 3D des couplages contraintes/perméabilité de faille (Ibem3D, société YouWol), et la mesure long terme in-situ des variations de débits et de chaleur. Une extension à l’analyse d’autres systèmes ainsi qu’une synthèse de données sur de multiples sites sont aussi envisagées.

En résumé, les résultats préliminaires obtenus ouvrent le champ des cibles de l’exploration géothermique en domaine continental, non magmatique et en contexte tectonique peu actif. Ils proposent également de nouveaux outils d’exploration spécifiques à ces contextes. Ces nouvelles cibles sur failles peu actives ont par ailleurs l’avantage d’être déjà fracturées et relativement stables pour d’éventuelles productions par forages géothermiques.


* Équipe impliquée :
- doctorants/post-docs GM : Audrey Taillefer, Gaétan Milési
- chercheurs GM : Roger Soliva, Patrick Monié, Philippe Münch, Pascal Philipot, Michel Séranne, Manuel Munoz
- collaborations : Laurent Guilllou-Frottier (BRGM), Mattieu Bellanger (TLS), Fabien Magri (Univ. Berlin), Bernard Ladouche (BRGM), Pierre Valla (ISTERRE), Elizabeth LeGoff (BRGM), Frantz Maerten (Youwol), Delphine Charpentier (UBFC), Olivier Vanderhaegue (GET).


Le bulletin du laboratoire Géosciences Montpellier n°17 - mars/avril 2019