Modélisation thermo-hydrodynamique d'un réservoir minier profond ennoyé : le cas du Bassin Houiller Lorrain

Thermo-hydrodynamical modelling of a flooded deep mine reservoir : Case of the Lorraine Coal Basin

• Auteur / Autrice : Guillaume Reichart
• Direction : Michel A. Buès, Pauline Collon, Laurent Vaute
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique - Génie civil
• Date : Soutenance le 01/06/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GéoRessources (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Ackerer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Orgogozo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Ackerer, Serge Brouyère

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrofluidodynamique

Eau de mine

Lorraine (France)

France

Mines de charbon

Warndt (France)

Hydrogéologie

Mots clés libres

Hydrogéologie

Après-Mine

Transfert de chaleur et de masse

Mines de charbon

Modélisation

Modèle maillé spatialisé

Homogénéisation

Hydrogeology

After-Mining

Heat and mass transfer

Coal mines

Modelling

Spatialized meshed model

Upscaling

Résumé

Depuis 2006, l’arrêt des pompages d’exhaure dans le Bassin Houiller Lorrain (France) a conduit à l’ennoyage des travaux miniers abandonnés, avec pour conséquence la mise en place d’un nouvel équilibre hydrodynamique régional. De récentes recherches portant sur l’exploitation de la chaleur des réservoirs ennoyés ont suscité de nouvelles interrogations, auxquelles nous nous sommes proposé de répondre. Notre travail avait pour objectif de chercher à comprendre le comportement thermo-hydrodynamique de l’eau de mine au sein d’un système en cours d’ennoyage ou récemment ennoyé. Dans un premier temps, les contextes géographique, géologique et hydrogéologique du Bassin Houiller Lorrain ont fait l’objet d’une synthèse, et une zone d’étude a été choisie. Dans un second temps, des profils de température et de conductivité électrique, complétés par des jaugeages, ont été mesurés dans d’anciens puits de mine du Bassin Houiller Lorrain, offrant une meilleure compréhension du comportement de l’eau à l’échelle d’un ouvrage profond. À partir de l’analyse de ces données, un modèle thermo-hydrodynamique et des simulations numériques ont pu être réalisés à cette échelle. Les résultats permettent d’expliquer les phénomènes observés. Leur stabilité est également étudiée. Dans un troisième temps, un modèle spatialisé maillé a été construit pour aborder la problématique du comportement hydrodynamique d’un réservoir minier entier. La montée de l’eau observée a été correctement reproduite ; le modèle peut par ailleurs être utilisé de façon prédictive pour la période suivant l’ennoyage. Plusieurs outils ont été testés, améliorés ou développés afin de faciliter l’étude des réservoirs ennoyés, notamment concernant l’homogénéisation tridimensionnelle des conductivités hydrauliques et le couplage d’un modèle spatialisé maillé avec un réseau de drains-conduits

Since 2006, cessation of dewatering in Lorraine Coal Basin (France) led to the flooding of abandoned mines, resulting in a new hydrodynamical balance in the area. Recent researches concerning geothermal exploitation of flooded reservoirs raised new questions, which we propose to answer. Our work aimed to understand the thermo-hydrodynamical behaviour of mine water in a flooding or flooded system. Firstly, we synthetized the geographical, geological and hydrogeological contexts of the Lorraine Coal Basin, and we chose a specific area for our studies. Secondly, temperature and electric conductivity log profiles were measured in old pits of the Lorraine Coal Basin, giving a better understanding of the water behaviour at a deep mineshaft scale. We were able to build a thermo-hydrodynamical model and simulate water behaviour at this scale. Flow regime stability is also studied. Thirdly, a hydrodynamical spatialized meshed model was realized to study the hydrodynamical behaviour of a mine reservoir as a whole. Observed water-table rise was correctly reproduced : moreover, the model can be used in a predictive way after the flooding. Several tools were tested, improved or developed to ease the study of flooded reservoirs, as three-dimensional upscaling of hydraulic conductivities and a coupled spatialized meshed model with a pipe network