Approches expérimentales des effets sismoélectriques (SEE) dans un contexte géothermique.

Experimental approaches of seismoelectric effects (SEE) in a geothermal context.

• Auteur / Autrice : Natael Bernardo
• Direction : Daniel Brito, Clarisse Bordes
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 18/10/2021
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Fluides Complexes et leurs Réservoirs

Mots clés

Mots clés libres

See4geo

Experiences

Geothérmie

Effets sismoélectriques

See4geo

Experiments

Geothermal enery

Seismoelectric effects

Résumé

Des expériences en laboratoire utilisant une configuration proxy pour les propriétés des roches géothermiques seront effectuées pour fournir des ensembles de données permettant de tester la capacité d'imagerie SEE développée. Des techniques améliorées d'acquisition de données et de traitement des données concernant le rapport signal/bruit seront également développées afin de concevoir et d'optimiser les mesures à l'échelle du terrain. Depuis une dizaine d'années, le groupe de géophysique expérimentale de l'UPPA développe des expériences originales et innovantes de caractérisation des milieux poreux (Bordes et al., 2006, 2008, 2015 ; Holzhauer et al., 2015 ; Devi et al., 2018). Toutes les installations, disponibles pour ce projet, visent à observer l'effet des propriétés pétrophysiques (porosité, perméabilité, saturation) sur la propagation des ondes mécaniques et électromagnétiques. Méthode hybride sismique-EM, la SEE est une spécialité de longue date de ce groupe, au cœur des activités de recherche en laboratoire ou sur le terrain. Cette méthode originale nécessite de forts développements instrumentaux car les dispositifs traditionnels ne sont pas conçus pour ce phénomène très spécifique. L'objectif de cette thèse est de se concentrer sur la capacité de la sismoélectrique à localiser des zones perméables autour des forages. À l'échelle du laboratoire, nous expérimenterons des conversions d'interface pour diverses conditions, en utilisant des proxys expérimentaux de roche géothermique. Afin d'atteindre ces objectifs expérimentaux, nous prévoyons d'avancer selon les étapes suivantes : - quantifier le couplage sismoélectrique dans les failles perméables et leur dépendance à la salinité et à la température ; - étudier l'interaction d'un milieu élastique avec une zone poreuse (fracture/faille) ; - améliorer le traitement des données afin d'améliorer la réponse de l'interface ; - améliorer l'instrumentation SEE afin de mesurer le potentiel électrique dans un contexte de très haute impédance. En comparant les données de laboratoire et les calculs numériques, nous visons à atteindre la meilleure conception d'expériences de données de terrain et à fournir une interprétation quantitative des données. Les développements instrumentaux amélioreront considérablement le rapport signal sur bruit et devraient ouvrir de nouvelles opportunités à l'échelle du terrain en optimisant les résultats expérimentaux de haute qualité obtenus à l'échelle du laboratoire.

Laboratory experiments using a proxy configuration for geothermal rock properties will be performed to provide data sets to test the developed SEE imaging capability. Improved data acquisition and signal-to-noise processing techniques will also be developed to design and optimize field-scale measurements. For the past decade, the UPPA experimental geophysics group has been developing original and innovative experiments for the characterization of porous media (Bordes et al., 2006, 2008, 2015; Holzhauer et al., 2015; Devi et al., 2018). All facilities, available for this project, aim to observe the effect of petrophysical properties (porosity, permeability, saturation) on mechanical and electromagnetic wave propagation. Hybrid seismic-EM method, the SEE is a long-standing specialty of this group, at the heart of research activities in the laboratory or in the field. This original method requires strong instrumental developments because traditional devices are not designed for this very specific phenomenon. The objective of this thesis is to focus on the ability of seismoelectricity to locate permeable zones around boreholes. At the laboratory scale, we will experiment with interface conversions for a variety of conditions, using experimental geothermal rock proxies. In order to achieve these experimental goals, we plan to move forward in the following steps: - quantify seismoelectric coupling in permeable faults and their dependence on salinity and temperature ; - study the interaction of an elastic medium with a porous zone (fracture/fault); - improve data processing to improve the interface response; - to improve the SEE instrumentation in order to measure the electrical potential in a very high impedance context. By comparing laboratory data and numerical calculations, we aim to achieve the best design of field data experiments and provide quantitative interpretation of the data. The instrumental developments will significantly improve the signal-to-noise ratio and should open up new opportunities at the field scale by optimizing the high-quality experimental results obtained at the laboratory scale.