Caractérisation du système hydrothermal du Piton des Neiges par des méthodes géochimiques et isotopiques

Characterization of the hydrothermal system of Piton des Neiges using geochemical and isotopic tools

• Auteur / Autrice : Bhavani Bénard
• Direction : Vincent Famin, Bertrand Aunay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l’univers
• Date : Soutenance le 15/05/2020
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire GéoSciences Réunion (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Lambert Join
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicole Lautze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Romain Millot, François Chabaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neiges, Piton des (Réunion ; volcan)

Hydrogéologie

Chlore

Géothermie

Sources thermales

La Réunion (France ; île)

Géochimie isotopique

Mots clés libres

Système hydrothermal

Exploration géothermique

Géochimie isotopique

Isotopes du chlore

Piton des Neiges

Réunion

Sources thermales

Île basaltique océanique

Hydrothermal system

Geothermal exploration

Isotope geochemistry

Chlorine isotopes

Piton des Neiges

Reunion Island

Thermal springs

Ocean Island Volcano

Résumé

Le volcan Piton des Neiges (La Réunion) présente une activité hydrothermale qui pourrait potentiellement être utilisée pour générer de l'énergie géothermique. Les caractéristiques de ce système hydrothermal (température des fluides, source de chaleur, origine de la recharge, etc.) sont cependant trop mal connues pour en envisager l'exploitation à ce jour. Afin d’évaluer ce potentiel, nous avons réalisé une prospection étendue des indicateurs d'hydrothermalisme, effectué des analyses géochimiques (majeurs, traces, δ18O, δD, δ13C, 87Sr/86Sr, δ7Li, δ37Cl) sur 38 sources thermales (dont 21 nouvelles) et un suivi qualitatif de la ressource dans le temps. Nos résultats montrent que l’activité hydrothermale se concentre dans les cirques de Cilaos et de Salazie, le long de la rift zone N30° et à l'intérieur d'une caldera supposée. La recharge est météorique, locale, pluriannuelle et provient majoritairement de cyclones. Les deux cirques ne sont pas en connexion hydraulique entre eux, et quasiment pas avec l’océan. Les eaux thermales interagissent avec du CO2 d'origine mantellique, des gaz magmatiques plus superficiels (dans l'édifice ou à sa base) et avec les roches différenciées. Les géothermomètres chimiques indiquent une interaction eau-roche à plus de 210°C. Le système hydrothermal du Piton des Neiges atteint donc des températures calculées suffisantes pour la géothermie haute température. Nos travaux orientent les prochaines phases d'exploration vers les structures géologiques associées à la caldera supposée et à la rift zone. Leur géométrie, leurs propriétés hydrodynamiques et leur relation avec la source de chaleur seront déterminantes pour le choix d’un site de forage.

Piton des Neiges volcano (Reunion Island) shows evidence of a hydrothermal activity that could potentially be used for geothermal energy generation. However, so far, the characteristics of this hydrothermal system (fluid temperature, heat source, recharge, etc.) remain too uncertain to consider exploiting it. To evaluate its geothermal potential, we carried out a vast prospecting campaign for markers of hydrothermal activity, performed geochemical analysis (major, trace elements, δ18O, δD, δ13C, 87Sr/86Sr, δ7Li, δ37Cl) on 38 thermal springs (including 21 new ones) and monitored the resource over time. Our results show that the hydrothermal activity is concentrated in the cirques of Cilaos and Salazie, along the N30 rift zone and inside a supposed caldera. Recharge is meteoric, local, plurennial and mainly comes from cyclones. There is no hydraulic connection between the two cirques, and barely with the ocean. Thermal waters interact with mantellic CO2, other more superficial magmatic gases (inside the edifice or at its base) and differentiated rocks. Geochemical geothermometers indicate a water-rock interaction temperature of above 210°C. The hydrothermal system of Piton des Neiges thus reaches computed temperatures compatible with high temperature geothermal use. Our work steers the next exploratory steps toward the geologic structures associated with the supposed caldera and the rift zone. Their geometry, their hydrodynamic property and their relation with the heat source will be decisive in the choice of a drilling site.