Le projet GECOS : réduire les incertitudes du sous-sol par l’utilisation intelligente d’études géophysiques intégrées sur le terrain

Le projet Geothermal Energy Chance of Success GECOS (Projet n. 26728.1 PFIW-IW), cofinancée par Innosuisse, les Services industriels de Genève et Geo2X SA, vise à améliorer la manière dont les investigations géophysiques sont conçues et mises en œuvre dans le cadre de l’exploration et du développement des ressources géothermiques et des projets de stockage souterrain d’énergie géothermique (UTES).

Le projet GECOS est basé sur le besoin des partenaires industriels de réduire l'incertitude de l'exploration souterraine et les risques associés aux opérations de forage. Le sous-sol du bassin de Genève et l'ensemble du plateau molassique suisse présentent des conditions favorables à la production (et probablement au stockage) de la chaleur géothermique à partir des roches carbonatées mésozoïques fracturées et karstifiésées. Il y a potentiellement des réservoirs très productifs, comme a été démontré par le puits GEo-01 de 744 mètres de profondeur foré à Genève en 2018 dans le cadre du programme Geothermie2020.

Toutefois, les incertitudes liées à l'architecture des failles et au réseau de fractures restent encore élevées malgré les investissements dans l'exploration géophysique standard (c'est-à-dire la sismique active). De plus, le bassin de Genève est un système pétrolier actif, cela signifie que des hydrocarbures tels que les gaz naturels sont présents dans le sous-sol. La présence d'hydrocarbures est un élément de risque qui peut entraver le développement de projets géothermiques s'il n'est pas géré de façon efficace.

Le flux de travail intégré et déployé dans le projet GECOS.

Stations d’acquisition gravimétrique dans la région de Genève. Les points noirs sont issus de l'atlas gravimétrique de la Suisse et du Bureau international de Gravimétrie. Les points bleus et violets indiquent les nouvelles acquisitions (bleu : 2018 ; violet : 2019-2020).

La recherche de GECOS se concentre sur trois aspects. Premièrement, réduire l'incertitude liée aux propriétés physiques et structurales du sous-sol grâce à l'acquisition de données à haute résolution et à faible coût, telles que le profilage sismique vertical avec la fibre acoustique (DAS VSP), les ondes sismiques de cisaillement et la gravimétrie à haute résolution. Deuxièmement, l’utilisation de méthodes géostatistiques permettra de quantifier la distribution spatiale des propriétés physiques et structurales dans le sous-sol. Le troisième objectif du projet consiste à réduire les temps d'interprétation et les coûts globaux du projet en appliquant des techniques d'apprentissage automatique. Cette approche permet d'intégrer de nouvelles données à celles déjà disponibles et d'améliorer la compréhension du souterrain de façon rentable.

Les données gravimétriques ont été utilisées pour limiter la géométrie des sédiments du Quaternaire et pour définir la base de la séquence de molasse cénozoïque. Ils ont combiné les ondes sismiques de cisaillement avec la gravité pour améliorer la définition de la géométrie des sédiments du Quaternaire et tester le potentiel des sédiments pour l'identification de poches d'hydrocarbures peu profondes. Aussi, des données VSP sont acquises pour mieux caractériser la séquence molassique et les unités du Mésozoïque supérieur. L'étude VSP sera réalisée dans un puits spécialement foré pour les projets GECOS, à quelques dizaines de mètres du puits GEo-01, et qui servira de point de calibrage. Les signaux sismiques seront enregistrés par des récepteurs standard et par la fibre optique qui sont installés dans le puits dédié. L'utilisation de récepteurs DAS est une approche innovante qui a le potentiel de fournir une résolution spatiale beaucoup plus élevée comparée aux méthodes conventionnelles. Toutefois, pour l'étude prévue dans le cadre de GECOS, les géophones conventionnels ainsi que la fibre optique sont installés dans le puits afin de corréler les résultats des DAS avec les géophones standard. De plus, des géophones sans fil seront déployés en surface sur une grille 3D autour du puits dédié, afin d’améliorer l’image du sous-sol.

La première étape consiste dans l’acquisition d’un set de données géophysiques. Dans la deuxième étape, l’analyse permettra de quantifier la valeur des nouvelles données acquises par rapport aux données existantes ainsi qu’évaluer leur apport pour la réduction de l'incertitude liée aux propriétés du sous-sol. Les résultats préliminaires montrent clairement que les nouvelles acquisitions à haute résolution améliorent la résolution dans les premières centaines de mètres.

Foreuse de puits GEo-01_DAS installation du câble DAS (vert) dans l'anneau du puits.

Configuration des points de tir (diamants bleus) et des récepteurs sans fil (points orange) et exemple de  données acquis avec la source sismique à 99m du premier récepteur.