Modèle 3D et caractérisation des réservoirs du Trias du bassin de Paris. Application à l'évaluation du potentiel géothermique
Résumé
L'exploitation du réservoir du Dogger dans le bassin de Paris à des fins d'exploitation géothermique est en œuvre depuis le début des années 70 mais le contexte actuel associant les enjeux énergétiques et la réduction des gaz à effet de serre dans le cadre du Grenelle de l'Environnement tendent à relancer l'évaluation du potentiel géothermique en France. L'objectif est d'améliorer la connaissance géologique du bassin afin de développer et d'optimiser l'offre géothermique, notamment en explorant les réservoirs argilo-gréseux du Trias. Ces réservoirs-cibles, plus profonds (2000-3000 m) mais aussi plus chauds (80-150°C), dont les essais dans les années 80 se sont révélés infructueux, méritent d'être mieux compris pour envisager le développement de futurs projets opérationnels de type basse à moyenne température. Ces objectifs s'inscrivent dans le programme de recherche sur les ressources géothermales des réservoirs clastiques en France (CLASTIQ-2), cofinancé par l'ADEME et le BRGM. Le travail présenté ici a pour objectif de mieux caractériser les réservoirs silicoclastiques à l'échelle régionale pour réduire l'incertitude en vue de l'implantation de forages d'exploration, tout en en associant la proximité de zones fortement urbanisées et un fort potentiel géothermique. Ainsi, la zone d'étude est ciblée à l'Est de la région Ile-de-France, densément peuplée, où les premières évaluations du potentiel géothermique semblent intéressantes. L'ouest du bassin de Paris a été comblé au cours du Trias par des sédiments silicoclastiques dans des environnements fluviatiles et de plaine côtière. Les campagnes pétrolières entreprises ces dernières décennies ont permis d'acquérir des données de subsurface (sismique et forages pétroliers) dont de nombreux enregistrements diagraphiques. Le découpage en stratigraphie séquentielle que nous avons utilisé s'appuie sur les travaux de référence de Bourquin et al (1990, 1993), Bourquin et Guillocheau (1996) qui ont permis d'établir un découpage séquentiel du Trias du bassin de Paris (Grès de Donnemarie, Argiles Intermédiaires et Grès de Chaunoy) en réalisant une analyse facio-séquentielle à partir des diagraphies haute résolution. Les séquences de dépôt identifiées font apparaître 5 cycles stratigraphiques mineurs au sein du Trias, jusqu'à 6 unités séquentielles pour les Grès de Donnemarie et de 4 à 8 unités pour les Grès de Chaunoy. La méthodologie mise en œuvre s'appuie sur la corrélation de séquences de dépôts, définies à partir des enregistrements diagraphiques de 64 forages pétroliers atteignant le Trias ou le socle anté-triasique. Les forages sont assemblés en une vingtaine de transects distribués sur la zone d'étude, qui s'étend sur une superficie de 100 x 120 km, entre Reims, Troyes, Etampes et Beauvais. Les associations de logs diagraphiques et sédimentologiques disponibles permettent de caractériser des électrofaciès dont l'interprétation traduit 5 environnements de dépôts, depuis le cône alluvial proximal jusque la plaine côtière de type sebkha. Pour un même demi-cycle stratigraphique, une carte paléogéographique a été réalisée par l'interprétation des géologues et une carte similaire a pu être obtenue dans une seconde phase par interpolation des environnements de dépôts précédemment identifiés, à partir du logiciel de modélisation 3D Petrel. Ces cartes apportent des informations nouvelles sur la distribution spatiale et l'évolution temporelle des environnements de cônes alluviaux. Elles apportent également une contrainte supplémentaire dans la propagation spatiale des paramètres pétrophysiques pour chaque réservoir ciblé. La construction géométrique du modèle géologique 3D du Trias est ancrée sur la base du découpage séquentiel réalisé sur l'ensemble des forages pétroliers étudiés. Ce modèle intègre le schéma structural des failles majeures du bassin de Paris (issues de plusieurs horizons pointés sur les lignes sismiques du bassin de Paris). La base du modèle 3D est délimitée par une surface représentant la base du paléozoïque (grille de points interpolée à partir des forages et de leurs diagraphies atteignant le socle). L'étape suivante, en cours de réalisation, consiste à construire un modèle 3D renseigné pour chaque maille (1 x 1 km) où le remplissage correspond aux faciès, ainsi qu'aux paramètres pétrophysiques tels que la porosité et la perméabilité. En effet, les forages pétroliers utilisés pour contraindre les géométries des réservoirs disposent tous d'un log pétrophysique qui comporte, entre autres paramètres, la valeur calculée de la porosité à partir des diagraphies. Les valeurs des couples porosité-perméabilité mesurées sur carottes, recueillies dans les rapports de fin de sondages des forages étudiés, nous ont permis de calculer des lois phi-K pour chaque réservoir (Grès de Chaunoy et Grès de Donnemarie). Les simulations stochastiques (conditionnées par les lois Phi-K et les électrofaciès) réalisées dans le modèle 3D permettent de proposer un modèle statique du Trias du bassin de Paris c'est-à-dire une modèle géologique volumique renseigné en faciès, porosité et perméabilité. Ces paramètres permettront en particulier de répondre plus précisément aux besoins de la géothermie en affinant la méthodologie de calcul du potentiel géothermique réel pour chaque réservoir cible. L'objectif de la réalisation d'un tel modèle géologique est également de mieux comprendre les facteurs qui contrôlent la variabilité des réservoirs argilo-gréseux afin d'améliorer la prédiction de la productivité et de l'injectivité des puits d'exploitation futurs.