La géothermie, entre simulation et réalité

L’estimation du potentiel géothermique d’une région requiert la modélisation fine de son sous-sol.

La géothermie est souvent associée à l’Islande. Pourtant, si l’île est en effet une grande terre de géothermie, cette énergie renouvelable est théoriquement exploitable en de nombreux endroits. Le principe est simple : envoyer de l’eau, ou un autre fluide, dans les profondeurs de la Terre, où elle se réchauffe, et la récupérer ensuite en surface.

La théorie se heurte toutefois à la pratique, car forer n’est pas possible partout, en raison de la nature des sols. Aussi, tout projet de géothermie doit-il s’appuyer sur une étude préalable du sous-sol. Pour ce faire, deux outils sont indispensables : les ondes sismiques et la modélisation.

Il y a ondes et ondes

Les ondes, qu’elles soient de surface (elles s’enfoncent peu) ou à l’inverse de volume, se propagent différemment selon la nature du milieu et rebondissent sur les interfaces entre deux types de matériaux. Aussi, en envoyant des ondes sismiques dans le sol et en les détectant on obtient des informations sur la nature du sous-sol.

Deux cas de figure se présentent : soit la structure du sous-sol est connue et on cherche à savoir comment les ondes s’y propagent (on parle de problème direct) ; soit on dispose d’enregistrements sismiques expérimentaux à partir desquels on tente de reconstituer l’organisation du sous-sol (problème inverse). Dans les deux situations, la modélisation intervient. Pour résoudre ce problème inverse, typique de la prospection, les chercheurs effectuent, virtuellement, de nombreux problèmes directs sur un modèle de sous-sol puis comparent les enregistrements sismiques numériques à ceux qu’on a obtenus sur le terrain. S’ils sont proches, le modèle est bon, sinon, ce dernier est modifié de façon à converger vers le réel. Cette étape est réalisée grâce à une « fonction de coût », qui aiguille les changements à apporter pour tendre vers le réel, par exemple en modifiant la densité en certains points.

Cet objet mathématique était au centre du projet Pixil, un réseau franco-espagnol d’industriels (RealTimeSeismic, Ingeo, TLS Geothermics…) et de chercheurs (Inria, Barcelona Supercomputing Center…).

À l’aide de modèles en 2D, plus faciles à manipuler d’un point de vue informatique, ils ont obtenu une fonction de coût particulièrement efficace.

Le projet Pixil est désormais achevé, mais la recherche continue. Et Julien Diaz, directeur de recherche dans l’équipe-projet Magique 3D chez Inria de préciser qu’il est prévu de tester cette fonction de coût dans des modèles plus réalistes, toujours en 2D, mais fondés sur des cas physiques réels. Sous l’égide du consortium Geothermica, il est aussi prévu de prendre en compte des milieux plus compliqués, comme des matériaux poreux, et de s’intéresser au couplage des ondes sismiques et électromagnétiques. À chaque fois, l’alliance de la modélisation et du terrain aidera au développement de cette énergie renouvelable qu’est la géothermie.

Le projet Pixil vise à modéliser le sous-sol en comparant des données de terrain (à gauche) à celles des simulations (à droite). L’objectif ? Les faire coïncider.