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Approche pétrophysique

La conduction thermique dans les liquides est très inférieure à celle des solides, un ordre de grandeur environ les sépare à température ambiante. La conduction thermique dans les gaz est environ 2 ordres de grandeur inférieurs à celle des solides. Par ailleurs, ces fluides peuvent aussi participer, à l’échelle d’un massif, à un transfert de chaleur significatif par advection. Une faible fraction de fluide peut par conséquent modifier considérablement les transferts de chaleur.

Pour les roches de la sub-surface, la présence de fluides dans le réseau poreux des roches et la circulation des fluides à plus grande échelle (failles) va donc contrôler le champ de température dans les premiers kilomètres de la croûte. Elle aura donc un impact fondamental sur l’évolution thermique et la caractérisation des sites géothermiques. Modéliser et prévoir les transferts de chaleur est donc un réel enjeu pour ces deux applications. Cela implique de coupler les transports de chaleur par advection (modèles hydrodynamiques) et par conduction thermique dans les roches qui le composent. Nous nous préoccupons ici de la conduction thermique car elle est très mal contrainte.

Nous proposons plusieurs approches complémentaires pour étudier l’effet des fluides sur la conduction thermique.

Tout d’abord, déterminer expérimentalement les propriétés thermiques des roches saturées en fluides. Pour cela, les systèmes de mesure de diffusivité thermique développés pour roches sèches par B. Gibert (Gibert, 2003) seront adaptés dans des cellules de haute pression/pression de fluide/température pour modéliser des conditions de sub-surface. En particulier, la cellule de la Presse Paterson (3000 bars) et/ou la cellule de Hoek (1000 bars) du laboratoire expérimental seront modifiés pour accueillir ces dispositifs.

Connaissant les propriétés thermiques des fluides et des minéraux présents dans la roche, nous pourrons calculer les propriétés effectives des roches en fonction de la saturation et comparer ces modèles aux mesures. Cela devra permettre de trouver les meilleurs modèles de calculs de propriétés effectives.

Enfin, mesurer les propriétés sismiques et électriques sur ces mêmes échantillons et sur une gamme semblable de température, allant au moins jusqu’à 800°C. Ces propriétés étant très dépendantes des fluides, des corrélations seront recherchées entre ces propriétés et les propriétés de transport thermique.

Ainsi, l’association de modèles pétrophysique et la connaissance de la lithologie, de la porosité, des propriétés électriques et acoustiques dans une roche, paramètres mesurables en forage, pourrait permettre d’estimer les propriétés thermiques des roches dans des formations géologiques forées comme cela a pu être fait par le passé dans les bassins sédimentaires.

L’association de ces estimations et des dépendances en pression, température, pression de fluides permettra d’établir et de prévoir la structure thermique de formations géologiques profondes.