méthodologie de l'inventaire du potentiel géothermique de la

Méthodologie de l’inventairedu potentiel géothermique

de la Limagne : projet COPGENCompilation des données géophysiques

BRGM/RP-52667-FRnovembre 2003

Méthodologie de l’inventairedu potentiel géothermique

de la Limagne : projet COPGENCompilation des données géophysiques

BRGM/RP-52667-FRnovembre 2003

Étude réalisée dans le cadre de la conventionde recherche ADEME-BRGM n° 05 02 037

G. MarteletAvec la collaboration de

A. Bitri, A. Genter, L. Guillou-Frottier, J. Perrin et O. Serrano

Compilation des données géophysiques - COPGEN

2 BRGM/RP-52667-FR

Mots clés : Géothermie, Géophysique, Gravimétrie, Magnétisme, Thermique, Sismique,Électrique, Magnétotellurique, Diagraphies, Limagne

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Martelet M., avec la collaboration de Bitri A., Genter A., Guillou-Frottier L., Perrin J. etSerrano O. (2003) - Méthodologie de l’inventaire géothermique de la Limagne :projet COPGEN. Compilation des données géophysiques. Rapport BRGM RP-52667-FR, 112 p., 59 fig., 7 tabl., 1 ann.

© BRGM, 2003, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.


BRGM/RP-52667-FR 3

Synthèse

ans le cadre d’une politique de relance des énergies renouvelables sur le territoiremétropolitain, l’ADEME et le BRGM ont mis en place un projet méthodologique

d’inventaire de la ressource géothermale basse et moyenne énergie au travers de laconvention de recherche n° 05 02 037 signée le 29 octobre 2002. Ce projet, intituléCOPGEN ou Compilation du Potentiel Géothermique National, s’est focalisé sur lazone des Limagnes en Auvergne, qui correspond géologiquement à une série debassins tertiaires situés sur la bordure nord du Massif central.

Ce rapport présente les résultats de la phase de compilation des données et études dusous-sol dans les différentes branches de la géophysique. Il s’agit en particulier de lagéophysique pétrolière (sismique), de la géophysique d’infrastructure (gravimétrie-magnétisme, méthodes électrique, magnétotellurique…), de la thermique, et desdonnées physiques acquises en forage (diagraphies, densités, porosités,perméabilités, productivités des réservoirs…).

Ce travail a été réalisé en vue de montrer l’apport des différentes méthodes pour lamise en évidence de zones à potentiel géothermique. L’accent a également été mis surl’intérêt des différentes méthodes pour la caractérisation en profondeur des corpsgéologiques, du point de vue géométrique, mais aussi en ce qui concerne leurspropriétés physiques. Dans la mesure où COPGEN devait permettre la mise au pointd’une méthodologie d'inventaire du potentiel géothermique basse et moyenne énergiesans acquisition importante de données, cette première phase a consisté à inventorierles données et la bibliographie disponibles, les réunir, et effectuer les retraitements quis'avéraient nécessaires.

Ce rapport vient en complément de la synthèse générale de la phase de compilationdu projet COPGEN (Genter et al., 2003).

La synthèse des données géophysique a été réalisée à deux échelles :- à l’échelle régionale, avec la compilation et la recherche d’informations dans une

zone élargie, qui correspond géographiquement aux bassins des Limagnes et à leurpourtour en domaine de socle, ainsi qu’aux deux petits bassins tertiaires de Saint-Flour et le Malzieu ;

- à l’échelle locale, avec une synthèse plus focalisée sur la Limagne d’Allier danslaquelle on a réalisé une réinterprétation plus fine de la géophysique, en relationavec la connaissance géologique, en particulier en forages.

Les données géophysiques prises en compte lors de la phase de compilation sont :

Les données de sismique pétrolière qui permettent, à partir des réflecteurs interprétés,d’établir une trame structurale et géologique. Trois grandes campagnes de sismiquepétrolière et une campagne Cogema, qui reste assez mal connue car inédite, couvrentune part importante de la Limagne d’Allier. Ces campagnes permettent une imageriequi s’étend depuis la sub-surface jusqu’au toit du socle.Le retraitement et l’interprétation des profils sismiques d’origine pétrolière, sur la zoneclermontoise est en cours. Au premier ordre, il apparaît que la Limagne d’Allier se

D


4 BRGM/RP-52667-FR

Le retraitement et l’interprétation des profils sismiques d’origine pétrolière, sur la zoneclermontoise est en cours. Au premier ordre, il apparaît que la Limagne d’Allier sedécompose en deux bassins distincts : le bassin de Moulins au nord, orienté NE-SW etle bassin de Clermont au sud, orienté N-S puis NE-SW. Un seuil sépare les deuxbassins, au nord de la faille d’Aigueperse et selon un tracé parallèle à celle-ci. Dans lebassin de Clermont où est concentrée la sismique pétrolière, apparaît une fortedissymétrie E-W avec un approfondissement maximum à l’ouest sous la forme de lafosse de Clermont-Riom. Les profondeurs maximales interprétées par la sismique sontde l’ordre de 2 500 m dans la fosse (certifiées jusqu’à environ 2 000 m en forage).

La mise en cohérence des principaux horizons marqueurs sismiques et des donnéesde forage doit apporter des précisions sur la géométrie de l’ensemble détritiqueinférieur ainsi que sur la géométrie des systèmes de failles qui affectent la fosse. Lessurfaces des corps sédimentaires serviront de support à la construction du modèlegéométrique 3D.

Les données de champs de potentiels (gravimétrie et magnétisme aéroporté) quipermettent d’imager la structuration des bassins, et en particulier l’interface socle-couverture. Pour qu’elles prennent tout leur intérêt, ces méthodes doivent êtrecontraintes par la sismique et par des mesures de densités et de susceptibilité.

La carte d’anomalies de Bouguer résiduelle, couvrant la zone d’emprise du projet,reflète l’ensemble des contrastes de densités qui existent sous la surfacetopographique. Cette carte gravimétrique apparaît très cohérente avec la géologie : lesanomalies négatives sont associées aux bassins et aux granites, les anomaliespositives se localisent à l’aplomb des unités de socle et volcaniques. À partir desdonnées aéromagnétiques, dans la zone de Clermont-Riom, des anomalies locales defaible amplitude sont visibles. Elles reflètent sans doute la présence de matérielvolcanique intercalé dans le bassin. Plus au nord, entre Vichy et Moulins, on observede fortes anomalies certainement associées à la nature magnétique du socle sous lebassin.

Ces données et en particulier la gravimétrie plus pénétrante, devra permettre par desapproches indirectes, inverses ou de modélisation directe d’appréhender les grandstraits de la structuration du bâti géologique. L’anomalie de Bouguer sera égalementune contrainte a posteriori en tant que champs de référence à comparer avec l’effetgravimétrique du modèle 3D.

Les données de thermique sous la forme de mesures de températures et de flux dechaleur. Ces données sont issues pour l’essentiel, d’une part d’une base de donnéesinternationale ou International Heat Flow Commission, et d’autre part d’une synthèsegéothermique de la France datant de 1978. Plus ponctuellement, des données detempérature liées à des forages géothermiques réalisés dans les années 80, ont étéretrouvées comme celles des forage des Vergnes-Croix-Neyrat et de Beaumont enLimagne d’Allier.

Les données dont on dispose sont hétérogènes et on possède peu d’informations surleur origine, cependant, elles témoignent clairement de l’existence d’une anomaliethermique régionale. Le gradient géothermique dans cette région est voisin de60°C/km, ce qui est presque le double du gradient géothermique moyen dans le bassin


BRGM/RP-52667-FR 5

parisien. Le flux de chaleur montre également des fortes valeurs, d’environ120 mW/m², ce qui est également le double de la moyenne pour le bassin de Paris.

Les cartes des isothermes modélisées à plusieurs profondeurs en Limagne d’Alliermontrent un allongement selon un axe N20, localisé sur la bordure NO du fossé deClermont-Ferrand. En profondeur, l’axe tourne dans la direction N35, possiblementinfluencé par la faille d’Aigueperse orientée NE-SW. Par rapport aux isothermesmaximales à 500 m et 1 000 m (40 et 80 °C respectivement), l’isotherme 105 °C à1 500 m est décalée vers le centre du bassin à l’Est de Riom. La zone la plus chaudese situe sur un axe Aigueperse - Clermont-Ferrand.

Seuls deux forages géothermiques ont été réalisés dans les années 80 en Limagned’Allier pour lesquels un log de température complet a été enregistré : le forage deBeaumont dans la proche banlieue de Clermont, et le forage des Vergnes-Croix-Neyratà proximité de Riom. Le forage de Beaumont a donné une température fond de troufaible de 44,6 °C à 1 335 m de profondeur pour un gradient moyen de 29 °C/km. Celuides Vergnes a donné une température de 107 °C à 1 886 m avec un gradient élevé de56 °C/km.

Des données d’origines diverses (méthodes électriques/électromagnétiques, méthodedu bruit sismique,…) utilisées assez localement, qui permettent de caractériser enprofondeur les couches sédimentaires par leurs propriétés électriques, en liaison avecla présence de fluides notamment. En Limagne, dans la zone de Clermont-Riom, lesrésultats de sondages électriques et de l’étude du bruit sismique ont été combinés. Ona ainsi mis en évidence, suivant un alignement Clermont-Aigueperse, une zone deconcordance entre conductivité et bruit sismique accru. Cette zone est par ailleurs enrelation avec des accidents, ce qui permet, au moins localement, de présager deseffets de circulations profondes de fluides à la faveur d’accidents géologiques.

Des données de forage : paramètres physiques des roches (densité, porosité, …) àpartir de diagraphies ou de mesures sur carottes, essais de pompage permettantd’évaluer la perméabilité des réservoirs in situ.

De manière générale, le remplissage du bassin s’effectue selon une succession deséquences avec, de la base jusqu’au sommet : un terme détritique sableux et sablo-argileux, un terme mixte sablo-argileux et carbonaté, puis un terme sommitalcarbonaté, parfois évaporitique. Les niveaux détritiques arkosiques du Stampienconstituent les principaux horizons réservoir visés a priori comme objectifsgéothermiques. Cependant, leur variabilité tant horizontale que verticale, de faciès,d'épaisseurs, induit une réelle difficulté pour extrapoler des résultats. Les porosités quiy ont été observées sont souvent significatives (jusqu’à 25-30 %). En revanche, lesperméabilités sont généralement médiocres, de l’ordre du milliDarcy, atteignantexceptionnellement plusieurs dizaines de milliDarcy.

Les formations détritiques du Stampien inférieur ont fait l’objet de travaux dereconnaissance par forage dans les années 80 en Limagne d’Allier (Beaumont et lesVergnes-Croix Neyrat) pour le chauffage de logements. Le forage de Beaumont adonné une température fond de trou faible de 44,6 °C à 1 335 m de profondeur, pourun débit moyen de 1,5 m3/h. Celui des Vergnes a donné une température de 107 °C à1 886 m avec un débit d’essai insuffisant et un rabattement important. Compte tenu de


6 BRGM/RP-52667-FR

leurs productivités faibles, ces deux forages n’ont pas donné lieu à une exploitationgéothermique.

En conclusion, cette compilation des données disponibles et accessibles sur la zonedes Limagnes présente un certain nombre de caractéristiques géophysiques etthermiques intéressantes du point de vue de la ressource géothermale. A l’échellerégionale, le Massif central en général et la zone des Limagnes en particulierapparaissent comme une zone d’anomalie géothermique anormalement chaude.

Ainsi qu’on peut l’établir à partir des logs et diagraphies de forages, certains horizonsau sein des bassins correspondent à des formations détritiques de type sables,conglomérats ou grès, susceptibles de posséder des propriétés réservoir intéressantes(porosité, perméabilité). Cependant, la forte variabilité latérale de ces faciès rend leurcaractérisation assez difficile à partir des seules données disponibles. Par ailleurs, lareconnaissance de la géométrie du socle et du caractère fortement faillé du bassin, oùl’on a par endroits imagé des indices géophysiques de fluides est en faveur decirculations thermales dans le bassin. L’ensemble de ces facteurs (température,formations détritiques, fluides, failles) confirme l’intérêt, a priori, des Limagnes pour lagéothermie basse et moyenne énergie.

Cependant, les tentatives d’exploration géothermique réalisées par le passé n’ont pasété très fructueuses, en particulier parce que les parties les plus profondes du bassin,généralement détritiques, étaient relativement mal connues. En effet, l’explorationpétrolière, peu dense, n’avait pas été orientée vers la recherche de réservoirsprofonds. Il subsiste donc une certaine méconnaissance des fonds de bassin.

Cette synthèse souligne également le rôle des accidents (faille d’Aigueperse) commedrains potentiels et ouvre, par conséquent, des perspectives de recherche.


BRGM/RP-52667-FR 7

Sommaire

1. Introduction............................................................................................................. 15

2. Données aéromagnétiques.................................................................................... 19

2.1. Nature des données existantes ............................................................................. 19

2.2. Nettoyage, assemblage et premiers traitements réalisés...................................... 23

2.3. Transformations de grilles ..................................................................................... 25

2.4. La donnée magnétique mise à jour ....................................................................... 27

3. Données gravimétriques........................................................................................ 29

3.1. Nature des données existantes ............................................................................. 29

3.2. Acquisition de nouvelles données dans la zone de Saint-Flour – Le Malzieu ....... 31

3.3. Préparation et transformation des grilles gravimétriques ...................................... 32

3.4. La donnée gravimétrique mise à jour .................................................................... 34

4. Données sismiques ................................................................................................ 35

4.1. Les campagnes existantes .................................................................................... 35

4.2. Les interprétations existantes ................................................................................ 38

4.3. Récupération, sélection et préparation des données ............................................ 41

4.4. Traitement des données........................................................................................ 41

4.5. La donnée sismique mise à jour ............................................................................ 45

5. Données géophysiques diverses, études localisées .......................................... 49

5.1. En Limagne d’Allier................................................................................................ 505.1.1. Méthode du bruit sismique .......................................................................... 505.1.2. Méthode électrique...................................................................................... 505.1.3. Méthode magnétotellurique ......................................................................... 53


8 BRGM/RP-52667-FR

5.2. Le Cézallier............................................................................................................ 53

5.3. Le Mont-Dore......................................................................................................... 53

5.4. La chaîne des Puys ............................................................................................... 55

6. Données thermiques .............................................................................................. 57

6.1. La base de données mondiale............................................................................... 57

6.2. Le rapport BRGM de 1978..................................................................................... 61

6.3. L’article de Vasseur (1982).................................................................................... 71

6.4. L’article de Lucazeau et Vasseur (1989) ............................................................... 73

6.5. Données thermiques en forage ............................................................................. 74

6.6. Autres données...................................................................................................... 83

7. Données physiques en forage............................................................................... 87

7.1. Inventaire des forages disponibles ........................................................................ 87

7.2. Données thermométriques en forage .................................................................... 89

7.3. Tests des horizons réservoir et venues d’eau en forage ....................................... 90

8. Paramètres physiques des roches ....................................................................... 95

8.1. Densités................................................................................................................. 95

8.2. Porosités................................................................................................................ 98

8.3. Perméabilités ....................................................................................................... 100

9. Conclusion ............................................................................................................ 103

Bibliographie............................................................................................................. 105

Annexe - Estimation des gradients géothermiques aux puits Crouel 2, Cébazatet Les Vergnes ......................................................................................... 109


BRGM/RP-52667-FR 9

Liste des figures

Fig. 1 - Localisation géographique de la zone d’étude du projet COPGEN. Lecadre général correspond à la zone de synthèse élargie servant à lasynthèse géoscientifique et la zone interne correspond à la zone focaliséeau sein de laquelle sera notamment réalisée la modélisation 3D.................. 16

Fig. 2 - Anomalie magnétique réduite au pôle issue du levé aéromagnétique généralde la France à 3 000 m d’altitude. .................................................................. 20

Fig. 3 - Localisation et caractéristiques des levés aéromagnétiques INAG/BRGMde 1972 (2 blocs du nord) et 1975 (2 blocs du sud), superposés sur le fondtopographique ombré...................................................................................... 21

Fig. 4 - Grilles d’anomalies magnétiques des levés INAG-BRGM de 1972 (2 blocsnord) et 1975 (2 blocs sud), tracées une à une mais avec une palette decouleur identique. On observe nettement que les levés 1972 et 1975 seraccordent mal, alors que les 2 blocs de 1972 se raccordent correctementde même que ceux ......................................................................................... 22

Fig. 5 - Spectres radials d’énergie calculés pour les blocs nord et sud du levéde 1972, dans leur zone de recouvrement. Le spectre du bloc nord (1) estassez comparable à celui du bloc sud alors que ces deux blocs sontcensés avoir été acquis à 1 200 et 2 000 m respectivement et ne devraientdonc pas présenter le même contenu fréquentiel, (2) il est anormalementlissé (effet d’un prolongement vers le haut ?). Ces constations nous laissentà penser que la grille du bloc 1972-nord récupérée a déjà été prolongéevers le haut à l’altitude de 2 000 m pour être raccordée au bloc1972-sud......................................................................................................... 23

Fig. 6 - Grille d’anomalies magnétiques des levés INAG-BRGM assemblée à unealtitude constante de 2 500 m......................................................................... 24

Fig. 7 - Grille d’anomalies magnétiques des levés INAG-BRGM, réduite au pôleet « drapée » à 700 m au-dessus de la topographie. La réduction aupôle permet, en l’absence d’aimantation rémanente des roches, des’affranchir de l’inclinaison du champ magnétique et de relocaliser lesanomalies à l’aplomb des sources qui les génèrent. Lorsque les rochescomportent une aimantation rémanente des anomalies dites « bimodales »(ici, du bleu au rose) subsistent après réduction au pôle. Ici, on en observepar exemple de très nettes à l’aplomb du Cantal, liées à la présence deslaves souvent fortement rémanentes.............................................................. 26

Fig. 8 - Gradient vertical de l’anomalie magnétique des levés INAG-BRGM, réduiteau pôle et « drapée » à 700 m au-dessus de la topographie. Le gradientvertical à la propriété de focaliser les anomalies sur les sources. Du faitde l’amplification des courtes longueurs d’onde, des artéfacts liés à lamauvaise qualité de la grille récupérée apparaissent dans le SEde la carte. ...................................................................................................... 27

Fig. 9 - Anomalie de Bouguer complète (densité de réduction 2,6) sur lazone d’emprise de COPGEN, et localisation des stations


10 BRGM/RP-52667-FR

gravimétriques (points blancs). Les zones blanches sont dépourvuesde données. À l’exception des bassins de Saint-Flour – le Malzieu trèsmal couverts, on distingue très clairement les bassins par leur signaturenégative. ......................................................................................................... 30

Fig. 10 - Anomalie de Bouguer complète (densité de réduction 2,6) dans la zonedes bassins de Saint-Flour et le Malzieu : (a) au départ de COPGEN(les points noirs figurent les stations de la BGF), (b) après l’acquisitiond’environ 260 nouvelles données (points blancs) Dupont (2002). Lescontours épais représentent les limites des bassins tertiaires (à l’échelledu million). Les bassins sans doute peu profonds n’engendrent que defaibles anomalies négatives............................................................................ 31

Fig. 11 - Anomalie de Bouguer résiduelle (densité de réduction 2,6) sur la zoned’emprise de COPGEN. L’extension des bassins (anomalies négatives)est encore plus nette qu’en figure 8................................................................ 32

Fig. 12 - Gradient vertical de l’anomalie de Bouguer résiduelle sur la zone d’emprisede COPGEN. Les contours et extensions des anomalies sont plusnettement délimités que dans l’anomalie........................................................ 33

Fig. 13 - Interprétation du grand profil INAG de sismique longitudinal de la Limagnede 1970 (Hirn et Perrier, 1974). ...................................................................... 35

Fig. 14 - Localisation de l’ensemble des cinq grandes campagnes de sismiqueréflexion réalisées en Limagne d’Allier pour la recherche pétrolière ou parla COGEMA (Chevagne). En jaune l’extension du bassin.............................. 36

Fig. 15 - Repérage des profils des quatre campagnes de sismique pétrolière dansla zone Clermont – Riom – Gannat. En jaune l’extension du bassin. ............. 37

Fig. 16 - Isobaths du toit du socle déduits des campagnes de sismique pétrolièreréalisées en Limagne d’Allier, et dans une moindre mesure, de lagravimétrie (Morange et al., 1971).................................................................. 38

Fig. 17 - Isobaths du toit du socle dans la zone Riom-Vichy déduit de la campagnede sismique pétrolière RV réalisée en 1958 en Limagne d’Allier,(Theile, 1959).................................................................................................. 39

Fig. 18 - Carte isohypse du toit du socle dans le bassin de Moulins, déduit de lacampagne de sismique COGEMA et de forages, (J. Roux, communicationpersonnelle). ................................................................................................... 40

Fig. 19 - Exemple de coupe sismique le long du profil RC5 : (a) profil retraité etstacké, sous forme de coupe papier, (b) profil numérisé en temps auformat SEGY, (c) profil converti en profondeur............................................... 42

Fig. 20 - Diagraphie de vitesse des ondes P mesurée dans le forage CROUEL 2et utilisée pour la conversion en profondeur................................................... 43

Fig. 21 - Film synthétique réalisé pour le forage des Vergnes à partir des donnéesde diagraphies numérisées............................................................................. 44

Fig. 22 - Mise en relation des horizons géologiques repaires interprétés dans leforage de Crouel 2 avec les réflecteurs sismiques. En vert est pointé le toitde l’Éocène, en rouge, le toit du Rupélien. ..................................................... 45


BRGM/RP-52667-FR 11

Fig. 23 - Profil sismique 79RC5 converti en profondeur (axe vertical en mètres)et interprété dans SeisVision en cohérence 3D avec les autres coupessismiques (dont les intersections sont figurées en haut de la figure) et lecalage géologique (par l’intermédiaire de diagraphies). ................................. 46

Fig. 24 - Carte du toit d’un réflecteur intra-Éocène (version temporaire) réaliséedans la zone de la fosse de Riom. Sont reportées la localisation des profilssismiques pris en compte pour l’interpolation (traits fins noirs) et les failles(traits épais). ................................................................................................... 47

Fig. 25 - Illustration de la mise en cohérence 3D des données géologiques enforages (traits jaunes) et des coupes sismiques pour réaliser la tramestructurale 3D du bassin, sous la forme d’interfaces (ici un réflecteur intra-Éocène), recoupées par des accidents. ......................................................... 48

Fig. 26 - Carte d’intensité du bruit sismique dans la zone de Riom-Gannat (Horn etStanudin, 1975). ............................................................................................. 49

Fig. 27 - Zone de Riom-Gannat : cartes d’iso-résistivité pour trois configurations dudispositif : AB/2 variant de 1 000 à 2 000 m (Horn et Stanudin, 1975). .......... 50

Fig. 28 - Zone de Riom-Gannat : interprétation des résultats obtenus par méthodesélectriques et du bruit sismique en termes de profondeur d’un horizonrésistant qui peut être corrélé au Stampien Inférieur détritique ou au socleselon les zones (Horn et Stanudin, 1975)....................................................... 51

Fig. 29 - Zone de Riom-Gannat : localisation et intensité du bruit sismique et sacorrélation avec des zones de faible résistivité (Horn et Stanudin, 1975). ..... 52

Fig. 30 - Cézallier : position des conducteurs mis en évidence par lamagnétotellurique (Demange et al., 1984). .................................................... 54

Fig. 31 - Mont-Dore : cartographie des variations de conductance vues par laméthode magnétotellurique et ses relations avec la structuration de lacaldeira (Varet et al., 1980). ........................................................................... 55

Fig. 32 - Données de flux de chaleur issues de la base mondiale (IHFCdatabase, Pollack et al., 1993). Ces données diffèrent légèrement decelles compilées par Vasseur (1982) – voir plus loin – car elles ne sontpas corrigées des effets paleoclimatiques...................................................... 59

Fig. 33 - Données de gradient thermique issues de la base mondiale (IHFC database,Pollack et al., 1993). Mêmes remarques que pour la figure 1. ....................... 60

Fig. 34 - Isothermes à la profondeur 500 m (Gable, 1978). .......................................... 62Fig. 35 - Isothermes à la profondeur 1 000 m (Gable, 1978). ....................................... 63Fig. 36 - Isothermes à la profondeur 1 500 m (Gable, 1978). ....................................... 64Fig. 37 - Isothermes à la profondeur 2 000 m (Gable, 1978). ....................................... 65Fig. 38 - Report des températures à la profondeur 500 m (Gable, 1978). .................... 66Fig. 39 - Report des températures à la profondeur 1 000 m (Gable, 1978). ................. 67Fig. 40 - Report des températures à la profondeur 1 500 m (Gable, 1978). ................. 68Fig. 41 - Report des températures à la profondeur 2 000 m (Gable, 1978). ................. 69Fig. 42 - Report des températures à la profondeur 2 500 m (Gable, 1978). ................. 70


12 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 43 - Extrait de Vasseur (1982), où les valeurs « QCT » sont celles reportéessur la figure 30 (correction topographique uniquement), alors que lesvaleurs « QCTP1 » sont celles reportées sur la carte du flux de chaleuren France (fig. 44). Seuls les sites encadrés appartiennent à la zoned’étude. Ces sites sont fléchés sur la carte en figure 44 (sites « Bac deMontmeyre », « Bournac », « Mayet de montagne » et « Estables »)............ 71

Fig. 44 - Carte extraite de Vasseur, (1982), où sont présentées les valeurs de fluxde chaleur, corrigées des effets paléoclimatiques et topographiques. Lesvaleurs fléchées sont à comparer avec les valeurs de la figure 30 et l’extraitdu tableau figure 43 (sites « Bac de Montmeyre », « Bournac », « Mayetde montagne » et « Estables »)...................................................................... 72

Fig. 45 - Carte du flux de chaleur en France et dans les pays voisins, d’aprèsLucazeau et Vasseur (1989). Les données correspondent aux valeurscorrigées uniquement des effets topographiques........................................... 73

Fig. 46 - Profil de température (mesures continues) dans le forage géothermiquede Beaumont. Le gradient thermique est également représenté parpaliers successifs, de même qu’une description graphique simplifiéede la lithologie rencontrée, de la surface jusqu’au socle granitique(Gable et al., 1982). ........................................................................................ 75

Fig. 47 - Schéma de principe sur la courbure des géothermes due à la présenced’un granite fracturé où la circulation des fluides permet d’enregistrerun gradient thermique presque nul sur plusieurs centaines de mètres. ......... 76

Fig. 48 - Interprétation de l’allure du géotherme de Beaumont : mise en relationentre l’inclinaison du forage et la géométrie du socle de la Limagne, ............ 77

Fig. 49 - Profils de température (A, B) et de débitmétrie (C) réalisés dans lesparties supérieure (0-1 550 m) et inférieure (1 440-1 885 m) du foragedes Vergnes - Croix-Neyrat. ........................................................................... 79

Fig. 50 - Juxtaposition (mêmes échelles) des deux profils thermiques réalisés dansle forage des Vergnes. Les fluctuations en partie basse (août 1981) sontplus importantes et plus fréquentes que celles du profil du moisprécédent........................................................................................................ 80

Fig. 51 - Estimations de gradients thermiques dans le forage des Vergnes, d’aprèsle profil réalisé en partie haute du forage en juillet 1981. ............................... 81

Fig. 52 - Détail des signatures thermiques de la partie basse du profil ........................ 82Fig. 53 - Estimations du gradient géothermique en Limagne disponibles en

1978, issues principalement de forages pétroliers. Un gradient moyende 60 °C/km.................................................................................................... 83

Fig. 54 - Profil thermique du forage d’Estables (environ 20 km au sud-est du fosséde Le Malzieu, dans la région du granite de la Margeride), et conductivitéthermiques mesurées sur échantillons. D’après Bayer et al., (1982). ............ 84

Fig. 55 - Profils thermiques de trois forages, situés sur un profil est-ouest d’environ40 km de long, le forage d’Aumont se situant à 20 km environ de celuid’Estables. D’après Bayer et al., (1982). ........................................................ 85


BRGM/RP-52667-FR 13

Fig. 56 - Régime thermique possible dans la région du granite de La Margeride.Les profils indicés 100 et 120 correspondent aux mesures de surface.Le texte reproduit met en relation les températures élevées et les sourcesthermominérales de la région. D’après Bayer et al., (1982). .......................... 86

Fig. 57 - Localisation de l’ensemble des forages inventoriés dans la zone desLimagnes (en gris). Les forages renseignés en BSS sont en noir. Enencart, zoom sur la zone de la fosse de Riom................................................ 87

Fig. 58 - Corrélation des 5 principaux sondages pétroliers antérieurs à 1932(Rumeau, 1955).............................................................................................. 88

Fig. 59 - Variation de la porosité dans une carotte prélevée entre 1 342 et1 368 m dans une formation réservoir du forage de Saint-Beauzire 101 ....... 98

Liste des tableaux

Tabl. 1 - Données issues de la base mondiale (Pollack et al., 1993). Zmin etZmax correspondent à l’intervalle de profondeur retenu pour l’évaluationdu gradient thermique. NT correspond au nombre de mesures detempératures dans le forage. Lorsqu’une seule mesure est indiquée(NT = 1), il s’agit de forages pétroliers avec une mesure en fond de trouBottom Hole Temperature (BHT). ................................................................... 58

Tabl. 2 - Inventaire et caractéristiques des principaux forages pétroliers enLimagne, antérieurs à 1932. ........................................................................... 88

Tabl. 3 - Principales caractéristiques des forages pétroliers, en Limagne, exécutésentre 1959 et 1981.......................................................................................... 89

Tabl. 4 - Valeurs du gradient géothermique, en Limagne, calculées à partir desmesures thermométriques de fond de puits. En gras les valeurs degradients estimées dans le cadre de COPGEN (voir détails enannexe 1)........................................................................................................ 90

Tabl. 5 - Résultats des essais réalisés dans certains horizons réservoir identifiésdans les forages pétroliers de la Limagne. ..................................................... 91

Tabl. 6 - Compilation des déterminations de densités sur carottes réalisées dansles forages pétroliers de la Limagne. Report des principaux horizonsstratigraphiques interprétés dans le cadre de COPGEN. Les cotes sonten NGF. .......................................................................................................... 96

Tabl. 7 - Compilation et synthèse des diagraphies en densité disponibles dans lesforages de la Lim ............................................................................................ 97


14 BRGM/RP-52667-FR


BRGM/RP-52667-FR 15

1. Introduction

ans le cadre d’une politique de relance des énergies renouvelables sur leterritoire métropolitain, l’ADEME et le BRGM ont mis en place un projet

méthodologique d’inventaire de la ressource géothermale au travers de la conventionde recherche n° 05 02 037 signée le 29 octobre 2002. Ce projet qualifié COPGEN(COmpilation du Potentiel Géothermique National) s’est focalisé sur la zone desLimagnes, qui correspond géologiquement à un bassin tertiaire situé sur la bordure suddu Massif central (fig. 1).

COPGEN a pour objectif de mettre au point une méthodologie d'inventaire du potentielgéothermique basse et moyenne énergie par la réalisation d'une application pilote surla Limagne. Ce projet vise à démontrer comment les connaissances nouvellesacquises durant les deux dernières décennies ainsi que l'évolution des outilsd'interprétation géophysique et géochimique et des logiciels de modélisation 3Dpermettent d'améliorer la connaissance du potentiel géothermique.

Ce projet vise donc à délimiter les zones qui apparaissent a priori les plus favorablespour l'implantation de forages géothermiques de basse et moyenne température, encroisant la ressource potentielle et les besoins. Il s'agit d'une phase de reconnaissancepréalable qui devra amener à des propositions d'acquisition de donnéescomplémentaires (géophysique, forages, …) afin de cerner plus précisément lepotentiel de certaines cibles.

Dans ce cadre, les données géophysiques permettent d’accéder à une caractérisationen profondeur des corps géologiques, tant dans leurs formes que dans leurs propriétésphysiques. Dans le cadre du projet COPGEN, l’acquisition de données géophysiquesn’étant pas prévue, un premier travail consiste à inventorier les données et labibliographie disponibles, les réunir, effectuer les retraitements qui s'avèrentnécessaires et synthétiser la bibliographie.

Une première synthèse a été réalisée en 1977 par le BRGM et la CommissionEuropéenne (Stieltjes, 1977) concernant l’évaluation du potentiel géothermique duMassif central ; cependant, les données comme les études antérieures concernant laLimagne restent disparates.

Les données géophysiques présentées ici recouvrent :- les données de sismique pétrolière qui permettent, à partir des réflecteurs

interprétés, d’établir une trame structurale et géologique. Pour cela, la combinaisonavec l’information lithostratigraphique issue de la synthèse des forages réalisée àl’échelle de la Limagne d’Allier, et les diagraphies de forages est indispensable ;

- les données de champs de potentiels (gravimétrie et magnétisme aéroporté) quipermettent par des approches indirectes, inverses ou de modélisation directed’appréhender les grands traits de la structuration du bâti géologique. Pour qu’ellesprennent tout leur intérêt, ces méthodes doivent être contraintes par la sismique etpar des mesures de densité et de susceptibilité (ou de rémanence) ;

D


16 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 1 - Localisation géographique de la zone d’étude du projet COPGEN.Le cadre général correspond à la zone de synthèse élargie servant à la synthèse

géoscientifique et la zone interne correspond à la zone focalisée au seinde laquelle sera notamment réalisée la modélisation 3D.


BRGM/RP-52667-FR 17

- les données thermiques dont l’importance est cruciale pour évaluer les conditionsde température potentielles des réservoirs possibles identifiés par ailleurs ;

- des données d’origines diverses (méthodes électriques/électromagnétiques,méthode du bruit sismique, …) qui représentent des études locales et qui pourraientnous permettre d’éclairer notre étude ;

- des données en forage : paramètres physiques des roches (porosité,perméabilité), mesurés sur carottes ou en diagraphies, et également des mesuresde thermométrie et essais de production.


18 BRGM/RP-52667-FR


BRGM/RP-52667-FR 19

2. Données aéromagnétiques

es données magnétiques permettent de mettre en évidence les variations desparamètres physiques magnétiques (susceptibilité et aimantation) des roches. Ces

paramètres sont caractéristiques de la nature de la roche elle-même et de son histoiregéologique. Du fait que le champ magnétique intègre l’effet des contrastes existant surplusieurs centaines de mètres à plusieurs kilomètres de profondeur, il est doncsusceptible de renseigner sur la nature des roches en profondeur. Par ailleurs, on saitque la circulation de fluides est souvent associée à des dépôts minéralisés (auxpropriétés magnétiques particulières), ce qui fait de la méthode magnétique un outiladapté dans le cadre d’une étude géothermique. Cependant, si la résolution desdonnées disponibles est trop faible, la méthode magnétique renseignera avant tout surles contacts géologiques présentant des contrastes de susceptibilité suffisants et surl’interface socle/encaissant.

Dans ce chapitre, on présente les données existantes et les premiers traitementsnécessaires à leur utilisation ultérieure.

2.1. NATURE DES DONNÉES EXISTANTES

L’aéromagnétisme présente l’avantage de fournir une couverture homogène.Actuellement, nous disposons tout d’abord du levé aéromagnétique général de laFrance volé par la CGG en 1964-1965 (Royer, 1965) à l’altitude barométrique de3 000 m avec des lignes de vol espacées de 10 km (Le Borgne et Le Mouël, 1966). Lafigure 2 présente l’anomalie du champ total interpolée à la maille de 4 x 4 km. Ce levén’est pas assez détaillé pour le type d’étude envisagé dans COPGEN.

Dans une zone recouvrant la Limagne d’Allier, et les bassins de Saint-Flour etLe Malzieu, deux levés aéromagnétiques ont été réalisés par la CGG, pour le comptedu BRGM et de l’INAG, l’un en 1972 (partie nord) et l’autre en 1975 (partie sud). Cesdeux levés totalisent quatre panneaux volés à des altitudes barométriques différentesvariant entre 1 200 et 2 500 m, en fonction des plus hauts reliefs présents dans chaquezone (fig. 3). L’ensemble des quatre panneaux a été acquis avec un espacement entrelignes de vol de 2 km, orientées E-W, (sauf pour le panneau SE volé dans la directionN-S), et contrôlées par des traverses espacées de 10 km.

L


20 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 2 - Anomalie magnétique réduite au pôle issue du levé aéromagnétiquegénéral de la France à 3 000 m d’altitude.


BRGM/RP-52667-FR 21

Fig. 3 - Localisation et caractéristiques des levés aéromagnétiques INAG/BRGMde 1972 (2 blocs du nord) et 1975 (2 blocs du sud), superposés sur le fond

topographique ombré.

Malheureusement, les données numériques de ces levés n’ont pas pu être récupéréesle long des lignes de vol, mais seulement sous la forme de quatre grilles interpolées aupas de 500 m (fig. 4). D’après Asfirane, (1998), les raccordements respectifs desdeux grilles de 1972 et de 1975 sont corrects. Au contraire, les campagnes de 1972 et1975 semblent mal se raccorder, avec une différence moyenne variant autour de 20 nT(du fait que les polynômes utilisés pour le retrait des régionales sont calculés à

St Flour -le Malzieu

Limagned’Allier


22 BRGM/RP-52667-FR

deux époques différentes). En outre, Asfirane, (1998) constate que le panneau SE estaffecté par un bruit haute fréquence, qu’elle attribue à un mauvais « leveling » desdonnées.

Fig. 4 - Grilles d’anomalies magnétiques des levés INAG-BRGM de 1972 (2 blocsnord) et 1975 (2 blocs sud), tracées une à une mais avec une palette de couleuridentique. On observe nettement que les levés 1972 et 1975 se raccordent mal,

alors que les 2 blocs de 1972 se raccordent correctement de même que ceuxde 1975.


BRGM/RP-52667-FR 23

2.2. NETTOYAGE, ASSEMBLAGE ET PREMIERS TRAITEMENTSRÉALISÉS

Dans le but d’assembler en une grille la plus cohérente possible les données desquatre panneaux décrits ci-dessus, on a réalisé une analyse fréquentielle préalable surles grilles prises une à une. La figure 5 montre le spectre d’énergie calculé dans lazone de recouvrement des deux grilles du levé de 1972. Pour les deux grilles, leniveau d’énergie est un peu différent, mais sa répartition en fréquence paraîtsensiblement comparable. Cette observation suggère que les deux panneauxinitialement levés à des altitudes distinctes seraient, dans les archives récupérées, àdes altitudes comparables ; et par ailleurs, le spectre du panneau nord apparaît lissé,ce qui confirmerait que cette grille a subi une transformation fréquentielle. Nousconjecturons que la grille nord récupérée n’est pas la grille originale, mais qu’elle adéjà été prolongée vers le haut, vraisemblablement à l’altitude de 2 000 m, pour êtreraccordée à la grille sud. Cette hypothèse est renforcée par le fait que peu après lelevé de 1972, le BRGM proposait la mise à disposition des données desdeux panneaux à l’altitude commune de 2 000 m (Debéglia et al., 1977).

Fig. 5 - Spectres radials d’énergie calculés pour les blocs nord et sud du levéde 1972, dans leur zone de recouvrement. Le spectre du bloc nord (1) est assezcomparable à celui du bloc sud alors que ces deux blocs sont censés avoir été

acquis à 1 200 et 2 000 m respectivement et ne devraient donc pas présenterle même contenu fréquentiel, (2) il est anormalement lissé (effet

d’un prolongement vers le haut ?). Ces constations nous laissent à penser quela grille du bloc 1972-nord récupérée a déjà été prolongée vers le haut à l’altitude

de 2 000 m pour être raccordée au bloc 1972-sud.

De la même manière, le panneau SW présente un contenu fréquentiel sensiblementéquivalent au panneau SE et nous conjecturons que là encore, l’archive récupérée dupanneau SW n’est pas la donnée originale acquise à l’altitude de 1 200 m, mais unegrille prolongée à l’altitude de 2 500 m pour être raccordée au panneau SE.

Lorsque c’était nécessaire, pour réduire le bruit avant d’assembler les grilles, nous lesavons légèrement filtrées à l’aide du module Magmap de Geosoft, (filtrage directionnelpour minimiser l’effet des lignes de vol et convolution 3 x 3 pour le bruit isotrope).Malgré tous nos efforts, la grille SE n’a pu être correctement « nettoyée » : plutôt qu’undéfaut de « leveling », cette grille semble plutôt affectée d’un bruit numérique cohérent(possiblement un problème intervenu lors de la relecture des bandes magnétiquesanciennes).


24 BRGM/RP-52667-FR

Toujours à l’aide du module Magmap, les grilles ont été prolongées à l’altitudecommune de 2 500 m, altitude de la grille SE (grille nord : 2 000 → 2 500 ; grille sud2 000 → 2 500 ; grille ouest : 1 200 → 2 500). Avec l’utilitaire d’assemblage de grillesGridknit de Géosoft, les quatre grilles ont ensuite été assemblées à l’altitude de2 500 m (fig. 6). Ces assemblages réalisés séquentiellement depuis le nord vers le SWont mis en évidence de petites différences de niveau et/ou tendances entre grilles(dont un écart de 18 nT entre les levés de 1972 et 1975, en accord avec l’estimation deAsfirane, (1998)). Naturellement, il aurait été préférable d’assembler les données duchamp magnétique total puis de calculer une régionale pour l’ensemble des quatrecartes, mais cela n’était pas possible puisque les seuls fichiers récupérés étaient déjàdes anomalies.

Fig. 6 - Grille d’anomalies magnétiques des levés INAG-BRGM assembléeà une altitude constante de 2 500 m.


BRGM/RP-52667-FR 25

La carte d’anomalies magnétiques assemblée à 2 500 m (fig. 6) présente uneinformation plus détaillée que celle du levé général (fig. 2), en particulier car lesdonnées qui la constituent ont été acquises moins espacées (2 km au lieu de 10 km) ;cependant les anomalies de la figure 6 restent trop imprécises par rapport aux ciblesdu projet COPGEN.

Pour cette raison, la grille à 2 500 m a finalement été « drapée » à garde au solconstante au-dessus des reliefs. Sur l’emprise des quatre panneaux, le relief culmineaux environs de 1 800 m, soit 700 m sous la grille assemblée à 2 500 m. On a choiside conserver cette distance comme référence (pour ne pas trop générer de bruit auxcourtes longueurs d’onde) et on a ainsi prolongé l’ensemble de la grille d’anomaliemagnétique vers le bas, sur une surface située à 700 m au-dessus de la topographie(fig. 7). Cette manipulation permet :- de faire ressortir les longueurs d’ondes du signal associées à des structures plus

petites que précédemment ;- d’obtenir un signal situé à une distance constante du sol, ce qui en facilite l’analyse.

2.3. TRANSFORMATIONS DE GRILLES

Afin de faciliter la lecture des cartes d’anomalies, les grilles individuelles « nettoyées »et la grille drapée à 700 m du sol (fig. 7), ont été réduites au pôle avec les paramètresd’inclinaison et de déclinaison suivants : I = 64° et D = -5°. En l’absence d’aimantationrémanente des roches (qu’on identifie par des anomalies bimodales persistantes),cette opération ramène les anomalies à l’aplomb des sources qui les génèrent.

Une grille du gradient vertical de l’anomalie réduite au pôle (drapée à 700 m) a aussiété calculée (fig. 8). Elle a la propriété d’amplifier les courtes longueurs d’onde dusignal, ce qui permet de mieux individualiser des sources superficielles et de préciserla géométrie de contacts. Il est à noter au même titre, que le bruit haute-fréquencecontenu dans les données, est amplifié lors de cette transformation.


26 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 7 - Grille d’anomalies magnétiques des levés INAG-BRGM, réduite au pôleet « drapée » à 700 m au-dessus de la topographie. La réduction au pôle permet,en l’absence d’aimantation rémanente des roches, de s’affranchir de l’inclinaisondu champ magnétique et de relocaliser les anomalies à l’aplomb des sources qui

les génèrent. Lorsque les roches comportent une aimantation rémanentedes anomalies dites « bimodales » (ici, du bleu au rose) subsistent après

réduction au pôle. Ici, on en observe par exemple de très nettes à l’aplombdu Cantal, liées à la présence des laves souvent fortement rémanentes.


BRGM/RP-52667-FR 27

Fig. 8 - Gradient vertical de l’anomalie magnétique des levés INAG-BRGM,réduite au pôle et « drapée » à 700 m au dessus de la topographie. Le gradient

vertical à la propriété de focaliser les anomalies sur les sources. Du faitde l’amplification des courtes longueurs d’onde, des artéfacts liés à la mauvaise

qualité de la grille récupérée apparaissent dans le SE de la carte.

2.4. LA DONNÉE MAGNÉTIQUE MISE À JOUR

Incontestablement, il est plus correct d’utiliser des données aéromagnétiques ayantsubi le moins de transformations possible. Par conséquent, lorsque la zone étudiée estrestreinte et ne concerne qu’un seul des quatre panneaux des levés de 1972 et 1975,on utilisera les grilles initiales « nettoyées » (présentées en figure 4). Pour destraitements ou modélisations de plus grande extension, on utilisera de préférence la


28 BRGM/RP-52667-FR

grille d’anomalies, assemblée et drapée à 700 m au-dessus des reliefs, ainsi que sescartes transformées : réduite au pôle (fig. 7), dérivée verticale (fig. 8).

Si elles présentent une résolution suffisante, ces données pourront être utilisées pourla modélisation de corps magnétiques qui génèrent de petites anomalies au sein duremplissage sédimentaire. Elles seront également utiles en tant qu’aide pour lacaractérisation des faciès du socle sous les bassins.


BRGM/RP-52667-FR 29

3. Données gravimétriques

es données gravimétriques permettent, par l’intermédiaire des contrastes dedensité des roches, d’appréhender les principales caractéristiques géométriques

du bâti géologique. De par son caractère intégrant encore plus prononcé que le champmagnétique, le champ de pesanteur rend possible une imagerie à l’échelle crustale.

Au premier ordre, cette méthode définit principalement l'interface socle - bassin, maisaussi des hétérogénéités internes au bassin. Pour réduire les incertitudes inhérentes àla méthode, des contraintes indépendantes (sismique, forages, …) sont nécessaires.

Naturellement, la densité de répartition des mesures et leur précision conditionnel’échelle de résolution de la méthode.

L’objet de ce chapitre est de présenter les données existantes et les premierstraitements qu’on a réalisé, en vue de modélisations et interprétations ultérieures.

3.1. NATURE DES DONNÉES EXISTANTES

L’ensemble des données gravimétriques présentées ci-dessous et compilées pour laLimagne d’Allier et le bassin de Saint-Flour – Le Malzieu, proviennent de la BGF(Banque Gravimétrique Française) hébergée et gérée par le BRGM. La figure 9présente la carte d’anomalie de Bouguer complète, couvrant ces deux zones ainsi quela répartition spatiale des mesures gravimétriques au départ de COPGEN. L’anomalieest calculée pour une densité de référence de 2,60 et intègre pour chaque station unecorrection de relief calculée jusqu’à 167 km. Les mesures gravimétriques utilisées ontété acquises pour l’essentiel au cours des années 1950 à 1970, par le BRGM, dans lecadre de l’Inventaire Géophysique de la France, ou fournies par d’autres organismes etintégrées à la BGF au titre du Code Minier. La zone de Saint-Flour – Le Malzieu a faitl’objet d’un levé spécifique pendant la durée du projet COPGEN.

Limagne d’AllierLes données gravimétriques disponibles en Limagne d’Allier (fig. 9), sans être trèshomogènes, ont cependant une assez bonne densité moyenne de répartition(légèrement inférieure à 1 pt./km2), et une précision de l’ordre du 1/10e de mGal,suffisantes pour une étude à l’échelle du 50 000. L’acquisition de donnéesgravimétriques complémentaires dans cette zone n’a pas été envisagée dansCOPGEN. Cependant, il est vraisemblable que le resserrement de la mailled’acquisition sera nécessaire à l’issue de COPGEN, si localement une zone à potentielgéothermique est identifiée au cours de ce programme.

Limagne de LoireEn Limagne de Loire, les données gravimétriques présentent un caractère peu denseet hétérogène et, au sud, dans le bassin de Montbrison, une répartition comparable àcelle de la Limagne d’Allier (fig. 9). Au nord, l’échantillonnage des données apparaîtcependant relativement dense le long d’une série de profils à peu prèsperpendiculaires à l’allongement du bassin. Le long de ces profils, comme dans le

L


30 BRGM/RP-52667-FR

bassin de Montbrison, une étude des structures est envisageable à l’échelle du 50 000,restreinte à une série de coupes ou en 3D, selon la zone.

Fig. 9 - Anomalie de Bouguer complète (densité de réduction 2,6) sur la zoned’emprise de COPGEN, et localisation des stations gravimétriques (pointsblancs). Les zones blanches sont dépourvues de données. À l’exception

des bassins de Saint-Flour – le Malzieu très mal couverts, on distingue trèsclairement les bassins par leur signature négative.


BRGM/RP-52667-FR 31

Zone de Saint-Flour – Le MalzieuDans la zone des bassins de Saint-Flour et Le Malzieu, une dizaine de donnéesseulement étaient disponibles dans la BGF, y rendant impossible l’utilisation de lagravimétrie (fig. 10a). Compte tenu de l’intérêt de cette zone dans COPGEN, lacouverture gravimétrique de ces deux grabens a été réalisée fin 2002, en concertationet financé par le projet BRGM de recherche METPHY (Méthodes Géophysiques auservice de la Cartographie Numérique et 3D).

3.2. ACQUISITION DE NOUVELLES DONNÉES DANS LA ZONE DE SAINT-FLOUR – LE MALZIEU

En novembre 2002, environ 260 nouvelles stations gravimétriques ont été mesurées etpositionnées sur les bassins de Saint-Flour et Le Malzieu (fig. 10b), pour permettrel’étude de leur structuration. Dans la zone couverte, d’une superficie d’environ1 000 km2, les nouvelles données sont réparties de façon homogène avec une densitéproche de 1 pt./km2 à l’aplomb des bassins et environ 0,2 pt./km2 sur une bordure largede 15 km environ. Le détail des caractéristiques de ces données est développé dansDupont (2002). On retiendra ici que la répartition des données et leur précision del’ordre du 1/10e de mGal, permettent une étude à l’échelle du 50 000 à 100 000.

a) b)

Fig. 10 - Anomalie de Bouguer complète (densité de réduction 2,6) dans la zonedes bassins de Saint-Flour et le Malzieu : (a) au départ de COPGEN (les points

noirs figurent les stations de la BGF), (b) après l’acquisition d’environ260 nouvelles données (points blancs) Dupont (2002). Les contours épais

représentent les limites des bassins tertiaires (à l’échelle du million).Les bassins sans doute peu profonds n’engendrent que de faibles

anomalies négatives.


32 BRGM/RP-52667-FR

3.3. PRÉPARATION ET TRANSFORMATION DES GRILLESGRAVIMÉTRIQUES

Un important effet régional rend peu lisibles les anomalies de courtes longueursd’ondes associées aux unités géologiques plus superficielles (fig. 9). Afin de pouvoirnous focaliser sur la structuration des bassins concernés par l’étude, à l’échelle dequelques kilomètres de profondeur, nous avons calculé une anomalie de Bouguerrésiduelle. Pour cela, on a opté pour le retrait d’une régionale à l’échelle du Massifcentral : après plusieurs essais, le retrait d’un polynôme d'ordre 3 nous a sembléreprésenter le plus fidèlement les grandes longueurs d’ondes de l’anomalie.

Fig. 11 - Anomalie de Bouguer résiduelle (densité de réduction 2,6) sur la zoned’emprise de COPGEN. L’extension des bassins (anomalies négatives)

est encore plus nette qu’en figure 8.


BRGM/RP-52667-FR 33

La résiduelle qui en résulte (fig. 11) paraît (i) visiblement ne plus contenir de tendancerégionale, (ii) être cohérente avec la géologie (anomalies négatives associées auxbassins et aux granites, et positives associées aux unités de socle et volcaniques.Outre sa lisibilité augmentée par rapport à l’anomalie de Bouguer complète, l’anomalierésiduelle permettra, lors des modélisations ultérieures, de s’affranchir de modéliser lagéométrie des unités profondes mal connues telles que le Moho.

La grille du gradient vertical de l’anomalie résiduelle a aussi été calculée (fig. 12).L’opérateur de dérivation a la propriété d’amplifier les courtes longueurs d’onde dusignal, ce qui permet de mieux individualiser des sources superficielles et d’affiner lagéométrie des contacts. Le gradient vertical met particulièrement en valeur les zonesanomales et précise leurs limites d’extension (fig. 12).

Fig. 12 - Gradient vertical de l’anomalie de Bouguer résiduelle sur la zoned’emprise de COPGEN. Les contours et extensions des anomalies sont plus

nettement délimités que dans l’anomalie.


34 BRGM/RP-52667-FR

3.4. LA DONNÉE GRAVIMÉTRIQUE MISE À JOUR

Pour l’ensemble de la zone d’intérêt de COPGEN, la couverture gravimétrique doitpermettre de mener des modélisations à une échelle compatible avec la problématiquede la structuration des bassins et de leurs implications sur le potentiel géothermique.

Sur le graben de Saint-Flour – Le Malzieu, les données acquises pour COPGENpermettent de préciser l’anomalie liée au bassin, mais son faible remplissagesédimentaire ne génère qu’une anomalie de faible amplitude, sans doute difficile àmodéliser.

Sur la Limagne d’Allier en revanche, l’anomalie gravimétrique négative engendrée parle bassin est très significative (fig. 11) et son interprétation en terme de structuration dubassin peut être encore affinée par l’analyse des gradients (fig. 12).

Contrainte par les données de forages, la gravimétrie doit permettre d’affiner notreconnaissance de l’interface socle - bassin et de l’étendre aux zones non couvertes parla sismique. La gravimétrie peut éventuellement, à partir des mesures de densitésdisponibles, en relation avec la connaissance géologique, la sismique et lemagnétisme, permettre de caractériser la nature du socle sous le bassin.


BRGM/RP-52667-FR 35

4. Données sismiques

our accéder à la connaissance de la structuration des bassins de la Limagne, lesdonnées de sismique sont précieuses. La sismique réflexion permet, au droit des

profils, d'imager les principaux niveaux sédimentaires sous la forme de réflecteurs,ainsi que leurs interruptions ou décalages par des accidents. Un réflecteur délimitedeux milieux dont l'impédance acoustique diffère (produit de la vitesse des ondessismiques et de la densité du milieu). Cette propriété physique est également liée à laperméabilité, à la porosité et à la rhéologie du matériau.

4.1. LES CAMPAGNES EXISTANTES

En dehors de quelques campagnes de dimensions très restreintes et donc de faibleintérêt pour COPGEN, un profil de sismique profonde recoupant la Limagne d’Allierlongitudinalement et quatre campagnes de sismique réflexion ont été identifiées surl’emprise du projet COPGEN. Le profil de sismique profonde étendu sur 180 km dunord au sud a été acquis en 1970 dans le cadre de l’« Opération Grands ProfilsSismiques » de l’INAG (Institut National d’Astronomie et de Géophysique) (Hirn etPerrier, 1974). Ce profil permet d’imager les grands ensembles à l’échelle de la croûteet jusqu’au Moho, et de déterminer leurs vitesses sismiques moyennes, mais neprésente pas un niveau de détail suffisant pour l’analyse de la structuration du bassinde la Limagne (fig. 13).

Fig. 13 - Interprétation du grand profil INAG de sismique longitudinalde la Limagne de 1970 (Hirn et Perrier, 1974).

P


36 BRGM/RP-52667-FR

En ce qui concerne les quatre campagnes de sismique d’exploration, toutes ont étéréalisées en Limagne d’Allier, entre 1958 et 1980, les trois premières pour le comptede sociétés pétrolières, la dernière pour la COGEMA (fig. 14).

Fig. 14 - Localisation de l’ensemble des cinq grandes campagnes de sismiqueréflexion réalisées en Limagne d’Allier pour la recherche pétrolière

ou par la COGEMA (Chevagne). En jaune l’extension du bassin.

Les principales caractéristiques de ces campagnes sont :- campagne 1958-1959 (archive 17102 au Code minier) : Riom-Vichy, profils RV (de

l’ordre de 180 km linéaires), et Vichy-Moulin, profils VM (de l’ordre de 60 kmlinéaires). Acquisition par CATG (Compagnie pour l’Application des TechniquesGéophysiques), selon un dispositif 12 traces, avec inter-trace de 20 ou 35 m,


BRGM/RP-52667-FR 37

laboratoire HTL 700, enregistrement analogique sur MagneDisc (localisation desprofils fig. 15) ;

- campagne de 1962 (archive 17103 au Code minier) : Clermont-Ferrand, profils CL(de l’ordre de 130 km linéaires). Acquisition par CGG (Compagnie Générale deGéophysique), selon un dispositif 24 traces, avec inter-trace de 45 m, laboratoireCGG 59, enregistrement sur bandes magnétiques (localisation des profils fig. 15) ;

- campagne vibrosismique de 1979 (archive 17104 au Code minier) : Riom, profils RC(de l’ordre de 90 km linéaires). Acquisition par CGG, selon un dispositif 48 traces,avec inter-trace de 50 m, laboratoire SN 338A, enregistrement numérique(localisation des profils fig. 15) ;

- campagne de 1980 : Chevagne, (de l’ordre de 50 km linéaires).

Fig. 15 - Repérage des profils des quatre campagnes de sismique pétrolièredans la zone Clermont – Riom – Gannat. En jaune l’extension du bassin.


38 BRGM/RP-52667-FR

4.2. LES INTERPRÉTATIONS EXISTANTES

Chez les pétroliers comme à la COGEMA, les campagnes de sismique réflexion ontdonné lieu à des interprétations et/ou synthèses partielles. Les principalescaractéristiques géométriques du bassin de la Limagne d’Allier ont ainsi pu êtreétablies, et en particulier la géométrie du toit du socle. À l’échelle du bassin,relativement peu détaillée, une carte de cette interface a été publiée (Morange et al.,1971). Les principales caractéristiques du bassin (fig. 16) sont : un approfondissementjusqu’à 2 500 m environ dans la fosse de Riom, à proximité de la bordure ouest dubassin, et une remontée graduelle en direction de l’est et du nord, dans des gammesde profondeur comprises entre 500 et 1 200 m en moyenne. Une forte dissymétrie E-West donc mise en évidence.

Fig. 16 - Isobaths du toit du socle déduits des campagnes de sismique pétrolièreréalisées en Limagne d’Allier, et dans une moindre mesure, de la gravimétrie

(Morange et al., 1971).


BRGM/RP-52667-FR 39

D’autres cartes plus précises mais plus locales existent, prenant en comptel’information disponible en forage ; dans la zone Riom-Vichy (Theile, 1959) (fig. 17) oudans le bassin de Moulins, au nord de la Limagne (fig. 18) par exemple.

Fig. 17 - Isobaths du toit du socle dans la zone Riom-Vichy déduitde la campagne de sismique pétrolière RV réalisée en 1958 en Limagne d’Allier,

(Theile, 1959).


40 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 18 - Carte isohypse du toit du socle dans le bassin de Moulins, déduitde la campagne de sismique COGEMA et de forages, (J. Roux, communication

personnelle).

D’autres réflecteurs caractéristiques avaient été pointés pour la cartographie decertains horizons repères du remplissage sédimentaire des différents sous-bassinsconstituant la Limagne d’Allier. Ces interfaces, qu’elles aient été interprétées par laCOGEMA ou les pétroliers, ne sont plus en accord avec les conceptssédimentologiques pris en compte dans la nouvelle synthèse stratigraphique réaliséedans COPGEN. De ce fait, les interfaces interprétées à l’époque sont pas ou peucomparables avec celles que nous interprétons aujourd’hui. Pour cette raison, nousavons préféré ne pas montrer les interprétations d’interfaces intra-sédimentairesexistantes.


BRGM/RP-52667-FR 41

4.3. RÉCUPÉRATION, SÉLECTION ET PRÉPARATION DES DONNÉES

Archivés au BRGM au titre du Code minier, les rapports de travaux effectués en 1958-59 et 1962 ont été récupérés : ils contiennent sous forme papier l’ensemble des profilsde ces deux campagnes. Il s’agit de documents de formats parfois petits, de faiblecontraste, en couverture simple. Par ailleurs, ces profils sont le plus souventinterprétés, ce qui réduit encore la lisibilité pour les réinterpréter. Compte-tenu de cesdifficultés, nous n’avons pas jugé utile de numériser ces documents.

Des démarches auprès de la DIMA, CGG, Lundin (ex-Coparex) et COGEMA ont étémenées pour la récupération des données numériques des quatre campagnesmentionnées plus haut. Les quinze profils RC de la campagne pétrolière de Riom-1979ont pu être récupérés : auprès de la DIMA, sous forme numérique brute et auprès deLundin, retraités et stackés, sous forme de coupes papier de bonne qualité (fig. 19a).Par ailleurs, onze coupes papier de bonne qualité des profils CL1, 2, 3, 5, 8 et 14(campagne de 1962) et des profils RV2, 3, 3sud, 10 et 14 (campagne de 1958), quiavaient été retraités lors de la campagne de 1979 ont été récupérés. Nous avons faitréaliser la numérisation de l’ensemble de ces vingt-six sections au format SEGY(fig. 19b). Le traitement sismique a ensuite été réalisé en utilisant le logiciel SU(Seismic Unix) et la ré-interprétation s’est fait sous SeisVision de Landmark.

Lors du retraitement et de la ré-interprétation réalisée dans la zone Clermont-Riom-Gannat, pour compléter la zone couverte par les profils numérisés, au nord de Riom,jusqu’à la faille d’Aigueperse, quelques profils papier anciens ont été utilisés. Pour cesderniers, les pointés ont été réalisés sur papier directement et les horizons ainsi établisont été digitalisés puis intégrés et précisément recalés dans SeisVision.

4.4. TRAITEMENT DES DONNÉES

Le but du traitement sismique est de fournir une image claire des structures du sous-sol à l’aide des données enregistrées en surface. La migration est l’étape la plusimportante du traitement sismique. Elle permet de passer de l’image en temps déduitede l’enregistrement à une coupe réelle en profondeur. Les différentes coupessismiques numérisées ont été migrées en utilisant les vitesses de sommation. Lesvitesses de diagraphie sonic du forage CROUEL 2 (fig. 20) ont été utilisées pour laconversion en profondeur des coupes sismiques migrées (fig. 19c).


42 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 19 - Exemple de coupe sismique le long du profil RC5 : (a) profil retraitéet stacké, sous forme de coupe papier, (b) profil numérisé en temps au format

SEGY, (c) profil converti en profondeur.

a)

b) c)


BRGM/RP-52667-FR 43

Fig. 20 - Diagraphie de vitesse des ondes P mesurée dans le forage CROUEL 2et utilisée pour la conversion en profondeur.

À partir des données de diagraphie sonic et neutron des forages Crouel 2, Cébazat etles Vergnes des films synthétiques ont été générés (fig. 21). Le film synthétique permetde simuler l’enregistrement de terrain. Il a été utilisé pour corréler les réflecteurssismiques à des horizons géologiques définis à l’échelle du bassin. En pratique, lesforages de Crouel 2 et Cébazat ont été utilisés pour effectuer ce calage (fig. 22). Lacomparaison entre les coupes sismiques et les films synthétiques contribue aussi àpréciser quelles sont les réflexions primaires et quels sont les multiples.


44 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 21 - Film synthétique réalisé pour le forage des Vergnes à partirdes données de diagraphies numérisées.


BRGM/RP-52667-FR 45

Fig. 22 - Mise en relation des horizons géologiques repaires interprétésdans le forage de Crouel 2 avec les réflecteurs sismiques. En vert est pointé

le toit de l’Éocène, en rouge, le toit du Rupélien.

4.5. LA DONNÉE SISMIQUE MISE À JOUR

À l’exception des profils sismiques COGEMA du nord de la Limagne, dont on arécupéré que quelques documents interprétatifs, l’ensemble des coupes sismiquespétrolières ont pu être rassemblées. Toutes figurent sous forme de coupes papier,dans les dossiers de fin de travaux des différentes campagnes pétrolières, archivés autitre du Code minier. Bien que généralement peu lisibles, elles peuvent au besoinconstituer un support de travail.


46 BRGM/RP-52667-FR

Par ailleurs, vingt-six profils localisés dans la zone Clermont-Riom et de bonne qualitéont pu être numérisés sous forme de coupes stackées au format SEGY. Après unprétraitement sous SU, elles ont été intégrées en 3D dans SeisVision, où le pointé deréflecteurs a été réalisé en 3D. On a pointé un ensemble de réflecteurs interprétésindépendamment par l’analyse de l’ensemble des forages disponibles à l’échelle dubassin et repérés dans deux diagraphies de forage de référence égalementnumérisées.

On aboutit ainsi à l’interprétation d’un bâti structural constitué d’un ensemble deréflecteurs et d’accidents cohérents pour l’ensemble de la zone que couvrent les profilsnumériques et en accord avec la géologie vue en forage. Cette interprétation peut êtrevisualisée le long de coupes où l’aspect fortement faillé du bassin de Clermont apparaîtnettement (fig. 23). Elle peut également être synthétisée sous forme de cartesd’interfaces (fig. 24) ou dans sa forme 3D (fig. 25) avec une meilleure restitution desrelations spatiales complexes qui existent entre couches et accidents.

Fig. 23 - Profil sismique 79RC5 converti en profondeur (axe vertical en mètres)et interprété dans SeisVision en cohérence 3D avec les autres coupes sismiques(dont les intersections sont figurées en haut de la figure) et le calage géologique

(par l’intermédiaire de diagraphies).


BRGM/RP-52667-FR 47

Fig. 24 - Carte du toit d’un réflecteur intra-Éocène (version temporaire) réaliséedans la zone de la fosse de Riom. Sont reportées la localisation des profilssismiques pris en compte pour l’interpolation (traits fins noirs) et les failles

(traits épais).


48 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 25 - Illustration de la mise en cohérence 3D des données géologiquesen forages (traits jaunes) et des coupes sismiques pour réaliser la trame

structurale 3D du bassin, sous la forme d’interfaces (ici un réflecteur intra-Éocène), recoupées par des accidents.


BRGM/RP-52667-FR 49

5. Données géophysiques diverses,études localisées

n dehors des grandes campagnes de sismique, gravimétrie et magnétismeaéroporté, on a pu recenser dans la région d’intérêt pour COPGEN quelques

études géophysiques ayant pour cible des objectifs pétroliers ou géothermiques. Cesétudes généralement assez localisées, mettent en œuvre des techniquesgéophysiques telles que l’électrique, la magnétotellurique ou le bruit sismique. Ellespeuvent apporter, dans des zones mal couvertes ou mal contraintes par d’autresméthodes des informations intéressantes, en particulier concernant la présence defluides.

Fig. 26 - Carte d’intensité du bruit sismique dans la zone de Riom-Gannat(Horn et Stanudin, 1975).

E


50 BRGM/RP-52667-FR

5.1. EN LIMAGNE D’ALLIER

5.1.1. Méthode du bruit sismique

Cette méthode consiste à mesurer l’intensité et l’amplitude du signal microsismiquedans une bande voisine de 0,5 – 5 Hz. Dans les traitements de sismique classique,cette composante est généralement filtrée, d’où son appellation de « bruit sismique ».L’agitation microsismique peut être mise en relation avec la présence de fluides quimodifient l’état de contraintes local et favorisent ainsi les micro-séismes. En Limagne,le comptage et la localisation des évènements sismiques à la fréquence de 2 Hz amontré la dispersion la plus faible et a permis le tracé d’une carte « d’isobruit »(fig. 26). Cette carte présente des zones de bruit accru, en particulier dans la fosse deRiom et plus au nord, vers Aigueperse. L’ensemble de ces zones de forte agitationpeuvent être mises en relation avec des zones de failles, certainement associées à descirculations de fluides.

5.1.2. Méthode électrique

Cette méthode permet de mettre en évidence des contrastes de résistivité des terrains.Au début des années 1980, dans le Massif central les travaux de reconnaissancegéothermique réalisés dans les régions du Cézallier, du Mont-Dore, de la chaîne desPuys ont souvent fait appel à la méthode électrique (dispositif Schlumberger). Celle-ciétait le plus souvent couplée à du magnétisme, de la magnétotellurique ou de lapolarisation spontanée. Dans la suite, nous décrivons rapidement les résultats obtenuspar ces méthodes dans les paragraphes consacrés à ces trois régions.

Fig. 27 - Zone de Riom-Gannat : cartes d’iso-résistivité pour trois configurationsdu dispositif : AB/2 variant de 1 000 à 2 000 m (Horn et Stanudin, 1975).


BRGM/RP-52667-FR 51

En Limagne, par un sondage électrique test étalonné sur le forage de Mirabel, Horn etStanudin (1975), mettent en évidence que les faciès du Stampien inférieur détritique etdu socle sont plus résistants que les terrains qui les recouvrent. Par ailleurs, on saitque la conductivité des terrains est augmentée par la présence de fluides. Les résultatsde sondages électriques et ceux résultant de l’étude du bruit sismique ont donc étécombinés pour localiser des zones potentiellement riches en fluides.

Fig. 28 - Zone de Riom-Gannat : interprétation des résultats obtenuspar méthodes électriques et du bruit sismique en termes de profondeur

d’un horizon résistant qui peut être corrélé au Stampien Inférieur détritiqueou au socle selon les zones (Horn et Stanudin, 1975).


52 BRGM/RP-52667-FR

À partir de trente sondages électriques localisés entre Clermont-Ferrand, Riom etGannat, Horn et Stanudin ont tout d’abord réalisé une série de trois cartes de résistivitéapparente (fig. 27) pour différentes longueurs du dispositif d’acquisition (AB/2 =1 000 m, 1 500 m et 2 000 m). Ces cartes mettent en particulier en évidence les deuxzones conductrices repérées par les lettres A et B.

Une cartographie de synthèse de profondeur d’un horizon résistant en est déduite, quipar recoupement avec la cartographie du toit du socle issue de la sismique, estassimilé soit au toit du Stampien Inférieur détritique soit au socle selon les zones(fig. 28).

Fig. 29 - Zone de Riom-Gannat : localisation et intensité du bruit sismiqueet sa corrélation avec des zones de faible résistivité (Horn et Stanudin, 1975).


BRGM/RP-52667-FR 53

Enfin, une comparaison des zones conductrices et des zones de forte activitémicrosismique est réalisée (fig. 29), qui permet de mettre en évidence dans la zonerepérée par la lettre A une concordance entre conductivité et bruit sismique accrus.Cette zone est par ailleurs localisée sur un accident (comme les autres zones de fortbruit sismique d’ailleurs), ce qui permet, au moins localement, de présager des effetsde circulations profondes de fluides à la faveur d’accidents géologiques.

5.1.3. Méthode magnétotellurique

La magnétotellurique permet de cartographier les contrastes de résistivité du sous-sol.Elle est généralement interprétée en termes de variations de la teneur en fluides desroches. Lors des travaux de reconnaissance géothermique qui ont eu lieu au début desannées 1980 dans le Massif central, cette technique a été couramment utilisée pourrenseigner sur la présence de fluides en zone de socle fracturé. Ses principalesapplications ont eu lieu dans les régions du Cézallier, du Mont-Dore et sous la chaînedes Puys.

5.2. LE CÉZALLIER

Dans le Cézallier, (Demange et al., 1984 ; Fabriol, 1985 ; Aucel, 1987) dans le cadredu programme Géologie Profonde de la France, et en relation avec le forage deChassole, la magnétotellurique a permis (i) une cartographie régionale de la résistivitédu socle, et (ii) a apporté plus localement des éléments pour la compréhension descirculations hydrothermales en domaine de socle fissuré par détection d’anomaliesconductrices, en relation avec les zones d’émergence (fig. 30). Cette méthodeconfirme qu’il n’y a pas de réservoir hydrothermal important dans le socle du Cézallier,mais suggère l’existence d’un milieu fissuré au sein duquel peuvent percoler lesfluides, de manière identique a ce qui a été reconnu dans le forage de Chassole(Mégnien, 1988).

5.3. LE MONT-DORE

Dans la région du Mont-Dore, une étude géophysique multi-méthodes a été réalisée envue de mettre en évidence une structure de type caldera et une activité géothermiqueassociée éventuelle (Varet et al., 1980 ; Mossand, 1983 ; Hulot, 1988). Dans ce cadre,la structuration de la caldera a été déterminée par la gravimétrie et le magnétismeaéroporté (Bayer, 1978 ; Varet et al., 1980 ; Bayer et Cuer, 1981) ou au sol (Lénat,1980). L’étude de la sismicité naturelle a permis de conforter ces résultats (Hirn, 1981 ;Guyoton, 1987).

La reconnaissance des propriétés physiques du remplissage a mis en jeu de lasismique réfraction et réflexion (Ferrandes et al., 1980 ; Varet et al., 1980), desméthodes électriques (Brousse, 1960 ; Lallier, 1979 ; Hulot, 1988) et magnétotellurique(Frauklin, 1979 ; Malergue, 1980 ; Marie, 1981 ; Hulot, 1988) pour la localisation deconducteurs, ainsi la méthode du bruit sismique. On a ainsi pu nettement mettre enévidence une zone d’effondrement, en cartographier les limites et donner lesprincipales caractéristiques de son remplissage (fig. 31). A l’époque, une zoneapparemment favorable à la géothermie avait été ciblée pour forage au sein de lacaldeira.


54 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 30 - Cézallier : position des conducteurs mis en évidencepar la magnétotellurique (Demange et al., 1984).

En complément, on peut ajouter que selon le type de remplissage de la zone effondrée(selon les propriétés thermiques de la lithologie), il a été montré que des transfertsanormaux de flux de chaleur se focalisent sur les bords externes de la caldeira, là où lafracturation est la plus intense. La structure étant bien identifiée et la lithologie connue,la mesure du contraste latéral de conductivité thermique permettrait éventuellement demettre en évidence une anomalie locale du flux de chaleur. Or les mesuresgéophysiques montraient effectivement une seconde zone potentiellement favorablelocalisée sous le flanc Est de la caldeira. Puisque les fractures sont plus nombreuses àla périphérie, un site potentiellement favorable pour la géothermie pourrait alors êtremis en évidence. Et cette démarche est théoriquement valide pour toute caldeira àremplissage de type tufs ou ignimbrites...


BRGM/RP-52667-FR 55

Fig. 31 - Mont-Dore : cartographie des variations de conductance vuespar la méthode magnétotellurique et ses relations avec la structuration

de la caldeira (Varet et al., 1980).

5.4. LA CHAÎNE DES PUYS

Sous la chaîne des Puys un ensemble de campagnes de géophysique (électrique,magnétique différentiel, magnétotellurique) ont été réalisées pour rechercher uneéventuelle chambre magmatique à faible profondeur (3-5 km). L’ensemble desrésultats, dont la magnétotellurique (Mosnier, 1976) sont cohérents, mais négatifs dupoint de vue géothermique. La possibilité d’une chambre plus profonde que 5 à 10 kma été évoquée.


56 BRGM/RP-52667-FR


BRGM/RP-52667-FR 57

6. Données thermiques

es données thermiques présentées ici doivent permettre de faire le point sur lesconditions de température en profondeur et de flux de chaleur pour la région des

Limagnes. Les données présentées sont de deux origines distinctes, d’une part unebase de données internationale, l’International Heat Flow Commission (IHFC 93), etd’autre part une synthèse géothermique de la France (Gable, 1978). Plusponctuellement, des données de température liées à des forages géothermiques ontété retrouvées comme celles du forage Les Vergnes (Croix-Neyrat ) situé à proximitéde Riom et celui de Beaumont situé dans la banlieue de Clermont-Ferrand.

6.1. LA BASE DE DONNÉES MONDIALE

Dans un premier temps, la zone d’étude a été définie de façon à englober lesLimagnes de Loire et d’Allier ainsi que les bassins de Saint-Flour et Le Malzieu. Lazone a été délimitée par les coordonnées [2-5°E ; 44-47°N]. Les données de flux dechaleur de la base mondiale (IHFC database, Pollack et al., 1993) pour le territoireconcerné ont été rapatriées. 53 valeurs ont été obtenues pour le flux de chaleur et 51pour le gradient thermique (tabl. 1). Les données de conductivité thermique sontégalement indiquées.

DataNb

Site Name Lat Lon Elev(m)

Z min(m)

Z max(m)

NT Grad(K/km)

Nb. K Cond(W/m/K)

HeatFlow

Nb.Sites

FR 1 BAC DE M 45.7675 2.9356 945 100 240 14 29 15 2.3 70 1

FR 2 BOURNAC 44.9842 4.0856 1100 50 190 23 26 18 2.5 86 1

FR 3 MAYET DE 46.0678 3.6342 570 20 150 15 28 20 3 84 1

FR 6 ESTABLES 44.6833 3.4833 1200 50 170 15 37 10 2.5 100 1

FR 8 S.PRIEST 45.9667 3.7167 581 220 400 15 29 13 3.1 95 5

FR 9 LE FOUR 45.7833 2.6000 725 43 95 7 37 9 3.2 118 1

FR 11 USSEL 45.4667 2.3667 608 45 115 9 30 4 3.3 98 2

FR 12 CERILLY 46.6500 2.8833 264 90 340 31 32 2 3.2 102 1

FR 13 MASSIAC 45.2500 3.2167 644 56 145 12 36 13 2.9 107 1

FR 14 PUY MARY 45.0833 2.6833 1095 50 210 20 53 14 1.9 105 1

FR 28 CHAMPROB 46.9167 3.9333 517 53 124 18 14 4 5.6 78 1

FR 30 CADEYER 44.0333 3.9333 335 90 120 9 22 3 5 106 1

FR 31 LARGENTI 44.5667 4.3167 240 70 220 13 28 7 2.5 80 1

FR 34 RANDELS 44.2500 3.0500 865 200 230 4 41 3 1.8 80 1

FR 35 S.SATURN 44.4167 3.0500 655 80 420 30 38 4 2.5 100 1

FR 37 REQUISTA 44.0167 2.6167 380 100 170 8 27 4 3.5 95 3

FR 57 S.ETIENN 44.7167 4.4833 760 60 230 19 32 6 2.9 86 1

FR 59 REDENAT 45.1833 2.1000 102 50 150 13 18 5 4 78 1

FR 77 MARCHAST 44.6500 3.1000 1160 50 150 10 32 11 3.1 99 1

FR 78 AUMONT A 44.7167 3.3000 1100 50 150 13 34 1 2.7 92 1

FR 79 HUPARLAC 44.7167 2.7667 820 50 150 21 28 1 2.3 65 1

L


58 BRGM/RP-52667-FR

FR 80 VIEILLES 45.1333 3.1500 937 50 150 11 26 1 2.5 65 1

FR 81 S.MICHEL 45.0167 3.1000 750 50 150 20 31 2 3 91 1

FR 82 APCHAT 45.3833 3.1500 700 50 150 11 28 2 3.2 90 1

FR 86 MONTOISO 44.7833 4.9667 224 1652 3620 5 16 3 3 59 1

FR 97 BRESSE 2 46.2667 5.0000 190 894 1201 3 2.6 98 1

FR 99 GIGNY 46.6667 4.9333 1068 1280 2 2.2 102 1

FR 133 BRES IO3 46.2022 4.9342 216 0 1632 53 0 2.09 108 1

FR 138 DURFORT 44.0003 3.9344 206 0 410 52 0 2.93 150 1

FR 145 MARSANNE 44.6167 4.8672 161 0 3410 37 0 2.09 75 1

FR 148 S.A.CRUZ 44.3342 4.2175 250 0 1273 20 0 3.34 67 1

FR 152 SERMOYER 46.5014 4.9844 178 0 1185 44 0 2.93 129 1

FR 183 BEAULIEU 45.7667 3.1675 0 1100 45 0 2.09 92 1

FR 184 COURCON 45.7667 3.1667 420 0 737 53 0 1.67 88 1

FR 185 LEZOUX 45.8350 3.3178 333 0 578 58 0 2.09 96 1

FR 186 MACHOLLE 45.8667 3.1500 0 1160 70 0 1.67 117 1

FR 187 MARTRES 45.8333 3.1000 0 415 62 0 1.67 117 1

FR 188 MARTRES 45.9347 3.2336 319 0 941 61 0 2.09 125 1

FR 189 MIRABEL 45.8833 3.1167 0 1250 57 0 2.09 117 1

FR 190 S.BEAUZI 45.8681 3.1850 316 0 1366 61 0 2.09 125 1

FR 191 HIVERNER 45.8333 2.1500 850 30 230 23 30 0 3.3 98 1

FR 192 LA CUEIL 45.7000 2.1500 870 30 120 10 28 0 3.2 88 1

FR 198 PONTGIBA 45.7833 2.8167 740 55 120 8 41 8 2.4 110 1

FR 204 BOUCHET 44.3000 4.9167 130 0 1248 1 25 2.29 57 1

FR 205 CAVEYSON 45.2000 4.9333 0 1401 1 35 1.96 69 1

FR 209 MARSANNE 44.6167 4.8667 0 4851 1 31 2.05 63 1

FR 212 SAUASSE 44.6000 4.7667 0 1940 1 28 2.1 60 1

FR 213 BOUGUET 44.1333 4.3167 0 4731 1 32 2.45 78 1

FR 216 LUSSAN 1 44.1667 4.3000 0 2959 1 33 1.93 64 1

FR 218 VALLON 44.4167 4.3833 0 3144 1 26 2.37 61 1

FR 219 VALVIGNE 44.5000 4.5833 0 4483 1 33 2.11 70 1

FR 221 VILLENEV 44.5667 4.5000 0 2389 1 32 2.24 72 1

FR 240 MONTOISO 44.7833 4.9667 224 0 3745 1 35 2.14 76 1

Tabl. 1 - Données issues de la base mondiale (Pollack et al., 1993). Zmin et Zmaxcorrespondent à l’intervalle de profondeur retenu pour l’évaluation du gradient

thermique. NT correspond au nombre de mesures de températures dansle forage. Lorsqu’une seule mesure est indiquée (NT = 1), il s’agit de foragespétroliers avec une mesure en fond de trou Bottom Hole Temperature (BHT).

Ces données (gradient thermique et flux de chaleur) ont été reportées sur deux cartes(fig. 32 et 33). Il faut noter que les valeurs de la base IHFC ne tiennent pas compte deseffets climatiques. Les données sont corrigées des effets topographiques uniquement.La publication de Vasseur (1982) donne l’ensemble des valeurs de flux de chaleur enFrance, avec les deux corrections (voir plus loin).

Notons également que peu de forages profonds sont listés. Les vingt-et-un foragesdépassant 1 000 m de profondeur n’ont généralement qu’une mesure de température :la correction à apporter à ces mesures BHT n’est pas prise en compte dans cette liste,


BRGM/RP-52667-FR 59

contrairement au travail de Lucazeau et Vasseur (1989). Enfin, les valeurs desproductions de chaleur indiquées dans la base mondiale ne sont pas reportées ici pourdeux raisons : d’une part, seuls neuf forages sont renseignés, et d’autre part, lapublication de Lucazeau et Vasseur (1981) contient une compilation générale desdonnées de production de chaleur des roches du Massif central (voir plus loin).

Fig. 32 - Données de flux de chaleur issues de la base mondiale (IHFC database,Pollack et al., 1993). Ces données diffèrent légèrement de celles compilées par

Vasseur (1982) – voir plus loin – car elles ne sont pas corrigées des effetspaléoclimatiques.


60 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 33 - Données de gradient thermique issues de la base mondiale (IHFCdatabase, Pollack et al., 1993). Mêmes remarques que pour la figure 1.


BRGM/RP-52667-FR 61

6.2. LE RAPPORT BRGM DE 1978

Ce rapport (Gable, 1978) ne contient pas l’ensemble des profils thermiquescorrespondant aux sites illustrés en figure 33 : l’auteur explique que les profils ne sontdessinés que lorsque plus de trois mesures ont été effectuées dans le forage. De plus,dans le « catalogue des températures », la région Massif central n’apparaît pas, ce quiest normal car les mesures ont été effectuées après la parution de ce rapport (selonles données de la IHFC database, l’année de publication varie entre 1978 et 1983 pourles 53 valeurs).

Toutefois, ce rapport inclut des cartes isothermes ainsi que le report de l’ensemble desmesures de température dans tous les forages, y compris les mesures uniques (BHT),qui représentent 98 % des valeurs. L’auteur a utilisé l’interpolation et l’extrapolationpour obtenir une ou plusieurs valeurs intermédiaires. « Par exemple, si une mesure estfaite à 2 200 m dans un forage, on calculera par extrapolation la température à2 500 m, à 1 500 m et 2 000 m » (rapport BRGM 78 SGN 284 GTH, p. 54).

Ces cartes isothermes et de report des températures à différentes profondeurs sontprésentées dans les figures suivantes. Il faut bien se rappeler que les isocontours(fig. 34 à 37) correspondent à un « modèle », puisqu’ils sont tracés à partird’algorithmes utilisant une grille régulière et une méthode de lissage donnée. Dans lecas où la répartition spatiale des valeurs étaient trop disparate, les informationslithologiques ont guidé le contourage. C’est pour cela que nous montrons également(fig. 38 à 42) le report des températures (donc sans contourage), bien qu’un grandnombre de valeurs soient en réalité obtenues à partir d’interpolation ou d’extrapolation.


62 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 34 - Isothermes à la profondeur 500 m (Gable, 1978).


BRGM/RP-52667-FR 63

Fig. 35 - Isothermes à la profondeur 1 000 m (Gable, 1978).


64 BRGM/RP-52667-FR



BRGM/RP-52667-FR 65



66 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 38 - Report des températures à la profondeur 500 m (Gable, 1978).


BRGM/RP-52667-FR 67

Fig. 39 - Report des températures à la profondeur 1 000 m (Gable, 1978).


68 BRGM/RP-52667-FR



BRGM/RP-52667-FR 69



70 BRGM/RP-52667-FR



BRGM/RP-52667-FR 71

6.3. L’ARTICLE DE VASSEUR (1982)

Dans la synthèse des résultats de flux de chaleur en France (Vasseur, 1982), l’auteurexplicite les différentes corrections appliquées aux mesures. En effet, le produit[conductivité thermique × gradient thermique] ne donne le flux de chaleur que dans lecas théorique où les perturbations en surface sont inexistantes et si aucunetopographie significative n’est présente. Dans le cas réel, le signal dû aux variationsclimatiques datant de plusieurs siècles à plusieurs millénaires s’est diffusé dans lesous-sol, perturbant le régime permanent (ou régime d’équilibre). Il est toutefoispossible de corriger (d’enlever) ces effets perturbateurs puisque les variationspaleoclimatiques concernées sont assez bien connues. Pour la topographie, dès quecelle-ci atteint plusieurs centaines de mètres, le profil thermique s’en trouve égalementperturbé. La correction topographique est simple à effectuer.

Ainsi, la synthèse de 1982 indique la valeur du flux de chaleur non corrigée (« QUC »),la valeur corrigée des effets topographiques (« QCT ») et la valeur corrigée des effetstopographiques et paléoclimatologiques (« QCTP »). La carte du flux de chaleur enFrance contient les valeurs QCTP, alors que sur la figure 32 (IHFC database), lesvaleurs indiquées correspondent aux flux de chaleur corrigés des effetstopographiques uniquement (« QCT »). L’extrait de la synthèse ci-dessous montre lecas de trois valeurs appartenant à la région concernée par cette étude.

Fig. 43 - Extrait de Vasseur (1982), où les valeurs « QCT » sont celles reportéessur la figure 30 (correction topographique uniquement), alors que les valeurs

« QCTP1 » sont celles reportées sur la carte du flux de chaleur en France(fig. 44). Seuls les sites encadrés appartiennent à la zone d’étude. Ces sites sont

fléchés sur la carte en figure 44 (sites « Bac de Montmeyre », « Bournac »,« Mayet de montagne » et « Estables »).


72 BRGM/RP-52667-FR

La carte de flux de chaleur dressée par l’auteur (fig. 44) montre l’ensemble des valeurssur le territoire, ainsi qu’un contourage manuel, préféré à un coutourage automatique.Le rectangle délimite notre zone d’étude. Les valeurs fléchées correspondent auxquatre sites encadrés dans la figure 43.

Fig. 44 - Carte extraite de Vasseur, (1982), où sont présentées les valeurs de fluxde chaleur, corrigées des effets paléoclimatiques et topographiques.

Les valeurs fléchées sont à comparer avec les valeurs de la figure 30 et l’extraitdu tableau figure 43 (sites « Bac de Montmeyre », « Bournac », « Mayet

de montagne » et « Estables »).


BRGM/RP-52667-FR 73

6.4. L’ARTICLE DE LUCAZEAU ET VASSEUR (1989)

La synthèse de Lucazeau et Vasseur (1989) a pour objectif de reprendre le travail deVasseur (1982), décrit précédemment, tout en incluant les données marines acquisesdans les années 80, ainsi que les données des pays limitrophes. Ces dernièresdonnées n’étant pas nécessairement corrigées des effets paléoclimatologiques, lacarte de la figure 45 représente la compilation des données corrigées uniquement deseffets topographiques, d’où les différences apparentes avec la carte précédente deVasseur (fig. 44). Par exemple, dans le Massif central, on n’observe pas d’isovaleur à110 mW/m².

Le travail de Lucazeau et Vasseur, (1989) consiste à fournir une carte utilisable àgrande échelle, afin de comparer les signaux thermiques des grandes structuresgéologiques. Aucune information détaillée sur chacune des valeurs n’est disponible. Enparticulier, seule la carte du flux de chaleur est montrée, et nous ne disposons pasd’une carte des températures ou du gradient thermique. On retient toutefois que lenombre de forages indiqué dans la zone d’étude (rectangle) est de l’ordre de lacinquantaine, comme la liste fournie par la base de données mondiale. Enconséquence, il est probable que peu (ou pas) de forages supplémentaires aient étéutilisés pour des mesures de température entre 1982 et 1989, ce qui correspond aunombre de sites donné par la base IHFC (tabl. 1 et fig. 32 et 33).

Fig. 45 - Carte du flux de chaleur en France et dans les pays voisins, d’aprèsLucazeau et Vasseur (1989). Les données correspondent aux valeurs corrigées

uniquement des effets topographiques.


74 BRGM/RP-52667-FR

6.5. DONNÉES THERMIQUES EN FORAGE

Le forage géothermique de Beaumont

Dans le cadre d’une étude destinée à l’exploration géothermique, des mesures detempératures en continu ont été effectuées dans onze forages de métropole (Gable etal., 1982). Parmi ces onze sites, se trouve le forage de Beaumont, à quelqueskilomètres au sud de Clermont-Ferrand. Comme l’indique le texte de la figure 46, lathermométrie a été effectuée deux ans après la fin du sondage, c’est-à-dire que l’onconsidère que les perturbations thermiques liées à la foration se sont dissipées et nesont plus enregistrables.

Avant de présenter l’interprétation de l’auteur, rappelons les différents phénomènesgéologiques pouvant mener à ce type de profils thermiques. L’allure générale peut êtredécrite par trois zones : la première correspond à une augmentation régulière (linéaire)de la température avec la profondeur (entre la surface et 300 m de profondeurenviron). La deuxième zone (300-600 m) correspond à une diminution régulière dugradient thermique (courbure du géotherme). La troisième zone montre un gradientconstant, presque nul.

Ce type d’allure peut être expliqué – principalement – de deux façons différentes. Lapremière consiste à supposer un réservoir d’eau chaude au toit du granite, celui-ciétant fracturé et recouvert d’une formation imperméable. L’accumulation de chaleur(par convection thermique au sein du réseau de fractures) au toit du réservoir se traduitpar une diffusion thermique au sein de la formation imperméable. La diffusions’estompant avec la distance verticale, le gradient revient progressivement vers unevaleur d’équilibre. Cette valeur n’est pas pour autant la valeur d’équilibre représentativede la région étant donnée l’existence d’une perturbation locale (le réservoir). Autrementdit, le flux de chaleur que l’on mesure en surface peut être surévalué par rapport aurégime thermique régional (fig. 47).

La deuxième explication consiste à considérer la relation probable entre la géométriedu socle granitique et la courbure du forage. Si le forage est dévié de la verticale etqu’il s’approche d’une isotherme, elle-même guidée par la structure thermique dusocle, alors, la température varie peu le long du profil. C’est l’explication proposée parles auteurs du rapport, qui ont à leur disposition la géométrie du forage, des donnéesgravimétriques apportant une connaissance sur la structure du socle de la Limagne(fig. 48).

Le doublet géothermique des Vergnes (Croix Nérat)La société Géotherma a été chargée en 1981 de la maîtrise d’œuvre du forage LesVergnes 1 dit Croix-Neyrat, en vue de la réalisation d’un doublet géothermique.D’après le log chantier de Géoservices (1979), la foration a rencontré une puissantesérie d’âge Stampien, à dominante argileuse (argiles rouges et vertes) avec des siltsinterstratifiés de grès arkosiques d'épaisseur réduite, et de sables fins à matriceargileuse. Le conglomérat de base à galets de granite présente également une matriceargileuse complètement fermée. Grâce à la société Gaudriot qui nous a aimablementprêté ses archives papiers, une partie des diagraphies réalisées dans le forage ont éténumérisées dans le cadre de l’étude : il s’agit des logs de température, de débitmétrie,nucléaires (gamma ray, densité) et acoustiques.


BRGM/RP-52667-FR 75

Fig. 46 - Profil de température (mesures continues) dans le forage géothermiquede Beaumont. Le gradient thermique est également représenté par paliers

successifs, de même qu’une description graphique simplifiée de la lithologierencontrée, de la surface jusqu’au socle granitique (Gable et al., 1982).


76 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 47 - Schéma de principe sur la courbure des géothermes due à la présenced’un granite fracturé où la circulation des fluides permet d’enregistrerun gradient thermique presque nul sur plusieurs centaines de mètres.


BRGM/RP-52667-FR 77

Fig. 48 - Interprétation de l’allure du géotherme de Beaumont : mise en relationentre l’inclinaison du forage et la géométrie du socle de la Limagne,

(Gable et al., 1982).


78 BRGM/RP-52667-FR

Deux profils de température ont été réalisés dans le forage Les Vergnes en 1981(fig. 49). Le premier profil a été fait par Dresser Atlas en juillet 1981 entre le sol et1 541 m de profondeur et a donné une température de fond de 96 °C. Ce profil qui secompose de deux parties linéaires, a été réalisé alors qu’un débit de 20 m3/h étaitenregistré, et donc que la température mesurée ne correspond pas directement à unetempérature d’équilibre des formations. Entre la surface et 1 510 m de profondeur, legradient géothermique est normal et se caractérise par une augmentation régulière detempérature de 33 °C par km. Comme souvent, le fond du puits montre une rupture depente qui correspond à une forte augmentation de température de l’ordre de 10,5 °Cpour les 35 derniers mètres (fig. 49A).

Le second profil qui a été réalisé par Sogecler en août 1981 entre 1 430 et 1 885 m deprofondeur, a donné une température de fond de 107 °C (fig. 49B). Le profil n’est pasaussi régulier même si la pente moyenne est élevée et correspond à un gradientgéothermique de l’ordre de 54 °C par km. Dans le détail, il y a de nombreuses rupturesde pente sur le profil thermique avec des zones à gradient fort qui alternent avec deszones à gradient nul (1 510-1 590 m ; 1 750-1 800 m). La zone centrée sur 1 550 m deprofondeur correspond à une zone aquifère où des circulations naturelles sont misesen évidence sur le log de débitmétrie (fig. 49C). Géologiquement, cet intervallecorrespond à des formations détritiques de type grès.

Au cours des essais de production, il a été observé :- en statique, une température de 88 °C au toit du réservoir supérieur (1 535-

1 565 m), et une température de 109,5 °C au fond ;- en dynamique, une température de 98 °C dans le réservoir supérieur, et quasi

inchangée au fond avec une température estimée de 100 °C ;- que seul le réservoir supérieur produit (fig. 49C). Il est formé de grès arkosiques à

granulométrie hétérogène. Au-delà de cette profondeur, il n'est constaté aucun débitsupplémentaire sur les logs de débitmétrie.

Une reprise des d’essais a été réalisée dans ce puits en mars 1984 par la ville deClermont-Ferrand et en décembre 1984 par la société Géotherma. Les tests réalisésen décembre 1984 ont confirmé les températures observées trois ans auparavant. Ona même observé une légère augmentation de la température avec 115,6 °C mesurésau lieu des 109,6 °C mesurés en 1981, et une température au toit du réservoirsupérieur de 99 °C.


BRGM/RP-52667-FR 79

0 15 30 45 60 75 90

Température (°C)

1500

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

80 85 90 95 100 105 11

Température (°C)

1900

1850

1800

1750

1700

1650

1600

1550

1500

1450

1400

0 5 10 15

Débitmétrie Tr/s

1900

1850

1800

1750

1700

1650

1600

1550

1500

1450

1400

A B C

Fig. 49 - Profils de température (A, B) et de débitmétrie (C) réalisés dansles parties supérieure (0-1 550 m) et inférieure (1 440-1 885 m) du forage

des Vergnes - Croix-Neyrat.

Une analyse des signatures thermiques visibles sur les figures 49A et 49B permet demieux définir les gradients thermiques stables, là où la circulation de fluide semblenégligeable. Le premier profil de température (fig. 49A) montre plusieurs zones où legradient thermique peut être défini. Le deuxième profil (fig. 49B), plus perturbé, a étéanalysé à l’aide du profil de débitmétrie (fig. 49C). Une analyse plus fine en est donnéeci-dessous : la figure 50 montre les deux mesures juxtaposées.


80 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 50 - Juxtaposition (mêmes échelles) des deux profils thermiques réalisésdans le forage des Vergnes. Les fluctuations en partie basse (août 1981)

sont plus importantes et plus fréquentes que celles du profil du mois précédent.

Partie haute du profil. Si l’on s’attache aux intervalles de profondeur où le profil detempérature reste stable, il faut éliminer les deux premières centaines de mètres, oùles perturbations de la surface (qu’il s’agisse de perturbations climatiques oud’écoulements de fluides superficiels) modifient fortement le géotherme. De même, enprofondeur, la température chaude obtenue en fond de trou semble anormale quandon prolonge le gradient stable du dessus. On peut confirmer ce choix en regardant leprofil mesuré un mois après (fig. 50), et où la température à 1 540 m de profondeurreste autour de 88-90 °C. Dans l’intervalle [200 m-950 m], le gradient stable moyen estde 24,4 °C/km, et dans la partie profonde [1 050 m-1 450 m], le gradient est de37 °C/km. Si l’on tente de faire une moyenne sur l’ensemble des 1 550 m de mesures,on obtient un gradient de 28,5 °C/km.

Le changement de pente, entre 950 m et 1 050 m, peut être dû soit à un changementde lithologie, soit à un écoulement dans une fracture. Dans le premier cas, la réfraction


BRGM/RP-52667-FR 81

thermique associée à un changement de conductivité des formations peut entrainerune rupture de pente sur le géotherme. Dans le deuxième cas, l’écoulement d’un fluidefroid dans une fracture force le géotherme vers des températures anormalementbasses, et modifie donc le gradient. Les deux effets peuvent également être présents(deux formations de conductivités différentes, séparées par une fracture où s’écoule unfluide froid), et il est difficile d’évaluer la part respective de chacun. De toute manière,pour bien comprendre ce changement de pente, il faut avant tout disposer des valeursde conductivité thermique le long du forage, ce qui n’est pas le cas.

Fig. 51 - Estimations de gradients thermiques dans le forage des Vergnes,d’après le profil réalisé en partie haute du forage en juillet 1981.

Partie basse du profil. Contrairement au premier cas, nous sommes ici en présenced’un géotherme fortement perturbé par des écoulements de fluide, comme le confirmele profil de débitmétrie (fig. 49C). Ce dernier montre une zone particulièrement stable,où le débit, non nul il est vrai, reste toutefois constant sur plusieurs dizaines de mètres(intervalle [1 680 m-1 770 m]). En parallèle, le profil thermique montre peu de variation,et on évalue le gradient dans cette zone à 46 °C/km. Cette valeur est en effetcompatible avec l’allure générale montrée en figure 50, où le profil montre sur les1 900 m une augmentation régulière du gradient (de 24 °C/km à 46 °C/km).

Dans le détail, on devine deux caractéristiques similaires, où le gradient s’annule (vers1 480 m et 1 540 m) sur plusieurs dizaines de mètres. Ce type de signature, observéclassiquement dans les aquifères ou les zones faillées, indique une arrivée d’eau dansle forage, probablement par le moyen d’une fracture. Ces indications sont en effetconfirmées par le profil de débitmétrie (fig. 52).


82 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 52 - Détail des signatures thermiques de la partie basse du profildes Vergnes, en parallèle avec les mesures de débitmétrie.

En résumé, l’analyse détaillée des géothermes obtenus en 1981 montre que lesécoulements de fluide perturbent le profil, et qu’une augmentation régulière du gradientest obtenue, entre les premières centaines de mètres et le fond du forage (de 24 à46 °C/km). Une telle variation doit s’expliquer non seulement par des effetshydrologiques mais également par des changements de conductivité thermique avec laprofondeur. Afin de pouvoir estimer le gradient non perturbé, il serait nécessaire deconnaître non seulement la conductivité thermique des différentes formations, maiségalement la conductivité hydraulique des formations, leurs perméabilités et leursdiffusivités thermiques. Une partie de ces paramètres peut éventuellement êtreobtenue, par le biais des données de diagraphie, mais trop d’incertitudes sur lesécoulements potentiels ne permettent pas une correction définitive du profil. Lameilleure donnée qui serait utile d’acquérir, afin de mieux évaluer le rôle descirculations de fluide dans l’établissement des hautes températures, serait la mesured’un nouveau profil thermique. Avec plus de vingt ans de décalage temporel avec lespremières mesures, il serait alors possible d’estimer plus précisément l’équilibrethermique local.


BRGM/RP-52667-FR 83

6.6. AUTRES DONNÉES

En dehors de ces renseignements précis sur certains forages, nous trouvons dansGable (1978) une figure représentant le géotherme moyen pour la Limagne, déduit desenregistrements pétroliers disponibles à l’époque. Un gradient moyen de 60 °C/km estproposé (fig. 53).

Fig. 53 - Estimations du gradient géothermique en Limagne disponibles en 1978,issues principalement de forages pétroliers. Un gradient moyen de 60 °C/km

est suggéré.


84 BRGM/RP-52667-FR

Dans un article de 1982, Bayer et al. décrivent les résultats de campagnesgéophysiques dans le granite de la Margeride. Dans leur résumé, ils indiquent, à partirdes mesures thermiques dans des forages anciens et nouveaux, une températureprobable de 170-210 °C vers 5 km de profondeur (programme « Energeroc » del’INAG, au début des années 80, équivalent aux projets actuels sur la recherche desites « Hot Fractured Rocks »). Le forage d’Estables (voir figure 43 pour les détails duforage et figure 54 pour le profil) est utilisé ainsi que trois autres (« Marchastel »,« Aumont » et « Huparlac ») ; les profils thermiques de ces derniers sont illustrésfigure 55.

Fig. 54 - Profil thermique du forage d’Estables (environ 20 km au sud-estdu fossé de Le Malzieu, dans la région du granite de la Margeride),

et conductivité thermiques mesurées sur échantillons. D’après Bayer et al.,(1982).


BRGM/RP-52667-FR 85

Fig. 55 - Profils thermiques de trois forages, situés sur un profil est-ouestd’environ 40 km de long, le forage d’Aumont se situant à 20 km environ de celui

d’Estables. D’après Bayer et al., (1982).

Des mesures de production de chaleur ont été effectuées sur les carottes et cuttingsissus des forages (donc sur les roches de faible profondeur). Les valeurs varient entre2.7 et 4.3 µW/m3, valeurs élevées permettant une contribution importante de lacomposante crustale du flux de chaleur, et donc des températures élevées. Un nombreplus important de données de production de chaleur, sur différentes lithologiestypiques du Massif central peuvent être trouvées dans Lucazeau et Vasseur, (1981).

Le but de l’étude de Bayer et al., (1982) consistait, entre autre, à estimer latempérature probable à quelques kilomètres de profondeur, ceci par le biais de lamodélisation du régime thermique à l’équilibre, avec les paramètres thermiquesmesurés (flux en surface, conductivité thermique et production de chaleur), et unmodèle de structure crustale. La figure 56 montre différents géothermes possibles,selon la valeur du flux en surface. D’après les mesures, les auteurs arrivent à desestimations entre 170 °C et 210 °C à 5 km de profondeur, ou 180 °C à 4,5 km deprofondeur. Un modèle de remontée d’eau chaude au travers de grandes faillescrustales est ensuite présenté et mis en relation avec les caractéristiques thermiquesdes sources chaudes voisines, Chaudes-Aigues notamment (voir le texte de lafigure 56).


86 BRGM/RP-52667-FR

Fig. 56 - Régime thermique possible dans la région du granite de La Margeride.Les profils indicés 100 et 120 correspondent aux mesures de surface. Le texte

reproduit met en relation les températures élevées et les sourcesthermominérales de la région. D’après Bayer et al., (1982).


BRGM/RP-52667-FR 87

7. Données physiques en forage

7.1. INVENTAIRE DES FORAGES DISPONIBLES

On a recensé de l’ordre de 400 forages sur la zone d’emprise de COPGEN (fig. 57). Lamajorité d’entre eux étaient archivés en BSS (Banque du Sous-Sol gérée au BRGM),généralement sous la forme d’un log fondamental, parfois assorti de diagraphies.Parmi ces forages la majorité atteint quelques dizaines à centaines de mètres ; unecentaine atteint le socle.

Fig. 57 - Localisation de l’ensemble des forages inventoriés dans la zonedes Limagnes (en gris). Les forages renseignés en BSS sont en noir. En encart,

zoom sur la zone de la fosse de Riom.


88 BRGM/RP-52667-FR

Les ouvrages les plus profonds et qui présentent le plus d’intérêt pour la réalisationd’une synthèse lithostratigraphique à l’échelle du bassin, se répartissent en (voir encartfig. 57) :- 26 forages à finalité pétrolière antérieurs à 1932, localisés en Limagne d’Allier, dans

la zone Riom - Clermont Ferrand. Cinq d’entre eux, profonds de plusieurs centainesde mètres présentent un intérêt particulier : ils atteignent ou approchent le Stampieninférieur détritique (Jung, 1939), (tabl. 2 et fig. 58) ;

- 12 forages pétroliers (pour lesquels on dispose des rapports complets, récupérés àla DIMA), qui se localisent en Limagne d’Allier entre Clermont-Ferrand et Moulins(Grolier et Tchimichkian, 1963 ; Morange et al., 1971). Tous atteignent le socle ante-Tertiaire sauf le forage Cébazat 1 interrompu à environ 180 m du socle estimé. Lesforages Cébazat 1 et Crouel 2 datent de 1981 et sont donc postérieurs à l’ensembledes travaux de sismique en Limagne : il s’agit en quelque sorte de forages decontrôle (tabl. 3) ;

- 2 sont à vocation géothermique : Les Vergnes (Croix Nérat) et Beaumont ;- une centaine ont été réalisés pour la COGEMA, essentiellement au nord et à l’est

de la Limagne d’Allier. Ceux d’entre eux qui atteignent les plus grandes profondeursconstituent les séries CVG (1 à 11) et CGM (1 et 2), ainsi que les forages FAC (1 à48), pour lesquels notre connaissance est partielle.

Altitude forage (m) Profondeur maxi (m) Niveau atteint Nature de la roche en fond de trou

Martres d’Artières 327 415 Stamp. Inf. det . Grès et arkose argileuse

Crouelle 340 858 Stamp. Inf. lagun. Argile et marne

Beaulieu 338 1 150 Stamp. Inf. det . Grès métamorphique

Mirabel 338 1 320 Stamp. Inf. det . Arkoses

Macholles 328 1 150 Stamp. Inf. det . Argiles

Tabl. 2 - Inventaire et caractéristiques des principaux forages pétroliersen Limagne, antérieurs à 1932.

Fig. 58 - Corrélation des cinq principaux sondages pétroliers antérieurs à 1932(Rumeau, 1955).


BRGM/RP-52667-FR 89

Altitude forage (m) Profondeur maxi (m) Cote NGF du socle (m) Nature du socle en fond de trou

Aigueperse 101 351,2 965,1 -580 Granite porphyroïde

Barberier 101 287,26 368,8 -70 Granite

Brout-Vernet 101 319,29 394,8 -67 Cornéenne

Cébazat 1 350 1 850 plus bas que –1 580

Cournon 101 423 860 -430 Porphyre quartzifère mylonitique

Crouel 2 345 1 232 -887 Grès silicifié compact

Lezoux 101 335,31 578,5 -227 Andésite

Martres / Morges 101 321,58 941,7 -601 Trachyte ( ?) et granite

Moulins 101 240,7 672,9 -427 Pegmatite et mylonite

Moulins 102 238,5 650,8 -403 Anatexite

Moulins 103 237,3 886,9 -636 Porphyre et brèche

Saint Beauzire 101 318,35 1 616,4 -1 280 Cornéenne

Tabl. 3 - Principales caractéristiques des forages pétroliers, en Limagne,exécutés entre 1959 et 1981.

7.2. DONNÉES THERMOMÉTRIQUES EN FORAGE

La majorité des données relatives à la température des formations en Limagne sontissues de mesures thermométriques. Normalement, les températures enregistrées aucours des essais de formation sont les plus représentatives, malheureusement, aucunedonnée de ce type n’a pu, à notre connaissance, être collectée. L’informationdisponible est essentiellement celle de mesures en fond de puits réalisées à l’aide d’unthermomètre maxima/minima au moment des diagraphies. Moyennant certainescorrections, les valeurs du gradient géothermique peuvent être calculées (ann. 1). Ellessont récapitulées dans le tableau 4 (pour l’essentiel à partir des compilations deDebéglia et al., 1975 et Gable et al., 1980).

En complément de ces mesures thermométriques existent dans les deux forages àfinalité géothermique de Beaumont et des Vergnes (Croix Nérat) des diagraphies detempérature réalisées en continu au cours du forage.

Pour le forage de Beaumont, la diagraphie de températures a été effectuée deux ansaprès la fin du sondage, c’est-à-dire que l’on considère que les perturbationsthermiques liées à la foration se sont dissipées. Le profil thermique obtenu estprésenté au chapitre « Données thermiques » (fig. 46), ainsi que l’interprétation qu’endonnent Gable et al., dans leur rapport BRGM de 1982.

Pour le forage des Vergnes (Croix Nérat), la diagraphie de températures a été réaliséeà la fin de la phase de foration, les températures n’étant pas encore équilibrées, puisreprise un mois plus tard. Le profil thermique obtenu est présenté en figure 50 auchapitre « Données thermiques » ainsi que l’interprétation qui en est donnée. Il est ànoter que la température fond de trou mesurée est comprise entre 98 et 110 °C selonles différentes déterminations réalisées et constitue ainsi la plus forte températuremesurée en Limagne.


90 BRGM/RP-52667-FR

Température (°C) Profondeur mesure (m) Cote NGF mesure (m) Grad. géotherm. (deg./100m)

Martres d’Artières 415 -88 6,2

Crouelle 856 -516 4,0

Beaulieu 59 1 000 -662 4,5

Mirabel 85 1 160 -822 5,7

Macholles 1 160 -832 7,0

Aigueperse 101 45 965,1 -613,9 5,2

Barberier 101 32 368,8 -81,5 6,0

Brout-Vernet 101 38 394,8 -75,5 7,0

Cournon 101 43 860 -437 5,3

Lezoux 101 30 578,5 -243,2 5,8

Martres / Morges 101 55 941,7 -620,1 6,1

Moulins 101 41 672,9 -432,2 5,9

Moulins 102 36 650,8 -412,3 5,1

Moulins 103 47 886,9 -649,6 5,6

Saint-Beauzire 101 95 1 616,4 -1 298,1 6,1

Crouel 2 74 1 015 -670 7,0Cébazat 1 88 extrapolée à 94 1 580 -1 230 5,7

Les Vergnes (Croix Nt) 109,6 1886 -1 535 5,6Beaumont 42,5 1 335 (soit 1 145 en

vertical)

-731 2,9

Tabl. 4 - Valeurs du gradient géothermique, en Limagne, calculées à partirdes mesures thermométriques de fond de puits. En gras les valeurs de gradients

estimées dans le cadre de COPGEN (voir détails en annexe 1)

7.3. TESTS DES HORIZONS RÉSERVOIR ET VENUES D’EAU EN FORAGE

La recherche de couches réservoir pour le pétrole est par certains aspects trèssemblable à celle réalisée pour la recherche d’eau. En particulier, les tests decirculation réalisés dans certains niveaux réservoir potentiels des forages pétroliers dela Limagne (tabl. 5), fournissent des informations précieuses en termes de présence etde circulation de fluides dans les couches identifiées comme poreuses.

En complément de ces tests, dans les anciens forages pétroliers de la Limagne(antérieurs à 1932), on notera également le comportement particulier du sondage deMartres d’Artières (Glangeaud, 1923), où l’on rencontra vers 415 m de profondeur unenappe d’eau et de gaz carbonique sous pression qui endommagèrent l’ouvrage. Aucours de l’instrumentation qui suivit, le jaillissement continua jusqu’à une forteexplosion qui transforma le puits en geyser. Celui-ci se calma peu à peu permettantson exploitation pour le gaz carbonique.


BRGM/RP-52667-FR 91

Technique Durée Prof. Testée (m) Résultats ObservationsMoulins 103 DST Open Hole

DST Open Hole

DST Open Hole

1h00 + 0h30 PV1h00 + 0h30 PV

0h30 + 0h30 PV

318,6 – 332,6317,2 – 332,6

810,4 – 824,4

Test colmatéFuite au packer puis colmatage

Fuite au packer PV non-réussieMoulins 102 DST Open Hole

DST Open Hole

DST Open Hole

1h10 + 0h30 PV

0h20 + 0h30 PV

1h20 + 0h30 PV

308,2 – 332,0

407,2 – 421,0

488,7 – 502,7

Venue 1 650 l eau douce(sal=0,2 g/l)Venue 1 800 l eau douce(sal=0,5 g/l)Test sec

PV = 33 kg/cm2

Moulins 101 DST Open Hole 1h20 + 0h15 PV 392,5 – 406,7 Venue 2 300 l eau douce(sal=0.45 g/l)

PV = 41 kg/cm2

Barberier 101 DST Open HoleDST Open HoleDST Open Hole

0h300h50 + 0h15 PV3h30 + 0h20 PV

238,0 – 249,0230,0 – 254,0288,5 – 317,5

Test colmatéTest colmatéVenue 930 l d’eau (sal=0,5 g/l)

PV = 26 kg/cm2

Brout-Vernet 101 DST Open HoleDST Open Hole

0h300h30 + 0h20 PV

264,5 – 276,0264,0 – 276,0

Test colmatéTest colmaté PV = 26 kg/cm2

Martres s/ Morges 101 DST Open Hole

DST Open Hole

DST Open Hole

DST Open Hole

1h00 + 0h30 PV

3h00 + 0h25 + 0h20PV

1h10 + 0h30 PV

0h50 + 0h30 + 0h15PV

402,0 – 421,2

438,0 – 456,2

587,0 – 605,3

922,7 – 941,7

Test sec

Venue 1 800 l eau salé (sal=33 g/l)Test sec

Venue 5 500 l eau salée(sal=2,4 g/l)

PV = 5 kg/cm2 non-stabiliséePV = 51 kg/cm2

non-stabiliséePV = 62,5 kg/cm2

non-stabiliséePV = 92 kg/cm2

Lezoux 101 DST CasingDST Casing

0h451h30

82,0 – 92,082,0 – 92,0

Test colmatéVenue 250 l eau douce

Aigueperse 101 DST Open Hole

DST Open HoleDST Open HoleDST Open Hole

DST Open Hole

2h00 + 0h30 PV

1h30 + 0h45 PV1h50 + 0h45 PV2h00 + 0h45 PV

1h15 + 0h30 PV

329,0 – 344,0

345,9 – 360,9372,0 – 392,0446,1 – 459,8

497,8 – 520,3

Test sec

Test secVenue 850 l eau boueuseVenue 250 l boue

Venue 3 500 l eau boueuse(sal=1g/l)

PV = 35 kg/cm2

non-stabiliséePV = 36,5 kg/cm2

PV = 39 kg/cm2

PV = 44 kg/cm2

non-stabiliséePfond = 53 kg/cm2

Cournon 101 DST Open Hole 0h50 724,7 – 737,6 Test secSaint-Beauzire 101 DST Open Hole

DST Open Hole1h00 + 0h30 PV0h40 + 0h20 PV

540,0 – 550,01 353 – 1 366,3

Test secVenue 8 000 l eau (sal=5.25 g/l)

Pstat = 2 kg/cm2

Pstat = 135 kg/cm2

Crouel 2 DST Open HoleDST Open Hole

0h300h30

996,9 – 1 015,0996,9 – 1 015,0

Venue 82 lTest sec

Pfond = 116 kg/cm2

Tabl. 5 - Résultats des essais réalisés dans certains horizons réservoir identifiésdans les forages pétroliers de la Limagne.

En Limagne, les seuls essais réellement orientés pour la géothermie ont été réaliséssur les forages de Cébazat 1, Beaumont et Les Vergnes (Croix Nérat).

1. Sur le forage pétrolier de Cébazat 1, avec l’aval du Comité de Géothermie, un suivigéologique et géothermique fut réalisé par Géotherma plusieurs mois aprèsl’abandon du forage. Les principaux résultats obtenus sont : un pistonnagesystématique à 700 m a été réalisé avec extraction de 11 m3 d’eau, sans gaz, (donthuit produites par les formations aquifères), et un niveau dynamique s’établissant à125 m. Le tubing étant descendu à 260 m, par le procédé air-lift, en 5 hentrecoupées de 3 h de remontée en pression, 11,4 m3 d’eau ont été extraits. Laproductivité des aquifères a été estimée à environ 3 m3/h, avec un abaissement de16 bars de la contre-pression hydrostatique sur les formations. Avec tubing à 440 m,par le même procédé, on a obtenu une productivité des aquifères d’environ 4 m3/het une diminution de la contre-pression hydrostatique sur les formations de 30 bars.


92 BRGM/RP-52667-FR

Au total, 40 m3 d’eau ont été extraits au cours des essais (le volume du puits étantde 42 m3).

Par ailleurs, trois courbes de remontée en pression ont été analysées aprèschacune des phases de production. Bien que de durées trop courtes (115 puis 70 et364 mn respectivement), ces tests fournissent cependant des informations sur lesperméabilités et transmissivité in situ des 125 m de zones réservoir (en cumulé),comprises entre 1 130 et 1 530 m :- 1re remontée : débit Q1 = 6,1m3/h (pendant 71 mn), perméabilité K1 = 0,30 mD et

transmissivité T1 = 44,5 mD.m ;- 2e remontée : Q2 = 8,7m3/h (pendant 26 mn), K2 = 0,66 mD et

T2 = 82,29 mD.m ;- 3e remontée : Q3 = 7,2 m3/h (pendant 20 mn), K3 = 0,33 mD.

Malgré des conditions de mesures non-optimales, ces essais tendent à indiquer uneperméabilité médiocre des réservoirs testés. Cependant, ces résultats ne peuventêtre généralisés compte tenu de la forte variabilité latérale des faciès sédimentaires.

2. Des investigations ont été menées pour un projet de réalisation en 1979 sur la ZACde Masage à Beaumont (63), d'un doublet destiné à l'exploitation géothermique dela nappe du Stampien inférieur, pour le chauffage des logements de la ZAC(Géoservices Hydrologie, 1979).

Le forage de Beaumont 1, forage de production dévié à 60° a permis une productionde 1,5 m3/h environ. Le débit instantané a été de 26 m3/h lors du premier essai, puisle deuxième essai a conduit à estimer la production à 1,5 m3/h. De plus, le réservoirrencontré (sables argileux sur une faible épaisseur et arkoses très compactes), n'apas permis d'obtenir un débit suffisant pour que le doublet géothermique soitrentable (il aurait fallu un débit minimum de 325 m3/h), aussi l'opération a étéannulée, et le forage de ré-injection stoppé à 35 m.

3. Des investigations ont été menées pour un projet de réalisation en 1981, d’undoublet géothermique de Clermont-Ferrand (Géotherma, 1981). Il était prévu que leforage de production des Vergnes - Croix Neyrat, rencontre une série détritique àdominante arkosique avec quelques intercalations argileuses ou marneuses. Ceforage a finalement traversé une puissante série à dominante argileuse, argilesrouges et vertes, et silts micacés très fins avec interstratification de bancs de grèsarkosique d'épaisseur réduite, et de sables fins à matrice argileuse. Même leconglomérat de base à galets de granite, de diamètre estimé de 50 cm à 1 m, afinalement présenté une matrice argileuse complètement fermée. La productivitéespérée (100 m3/h) n'a donc pas été au rendez-vous :

Un premier essai de pompage a donné un débit de 9 m3/h, croissant jusqu'à30 m3/h, puis se stabilisant entre 18 et 22 m3/h. La transmissivité est de 1,1 D.m.

Après un décolmatage du fond par traitement chimique, aucune amélioration n'a étéobservée, et le débit oscillait entre 21,5 et 23,4 m3/h pour une température en têtede puits de 73 °C. La transmissivité mesurée est de 1,56 D.m. après 12 heures depompage, ce qui reste faible.


BRGM/RP-52667-FR 93

Au cours de ces essais, il a été observé (i) une température en statique de 88 °C autoit du réservoir supérieur, et de 109,5 °C au fond, et en dynamique, de 98 °C dansle réservoir supérieur, et inchangée au fond (la température estimée au fond était100 °C), (ii) seul le réservoir supérieur (1 535-1 565 m) produit. Il est formé de grèsarkosiques à granulométrie hétérogène. Au delà de cette profondeur, il n'estconstaté aucun débit supplémentaire au débitmètre. Compte tenu des résultats quin'étaient pas satisfaisants, ce forage a été fermé le 2 septembre 1981.

Cependant, des essais ont été de nouveau réalisés sur ce forage, en mars 1984,par la ville de Clermont-Ferrand, et en décembre 1984 par la société Géotherma.Après 27 heures de pompage, les résultats suivants ont été obtenus : unetempérature maximale dans le puits de 115,6 °C, une température au toit duréservoir supérieur de 99 °C et un débit d'essai oscillant entre 20 et 16 m3/h, pourune transmissivité de 0,6 D.m. En conclusion, le débit d'essai relativement faible, etle rabattement important et non encore stabilisé après 27 heures de pompage, nepermettaient pas d'envisager une exploitation viable du forage.


94 BRGM/RP-52667-FR


BRGM/RP-52667-FR 95

8. Paramètres physiques des roches

es mesures de paramètres physiques des roches (densité, porosité, perméabilité)dont on dispose sur la zone d’étude proviennent de déterminations sur carottes ou

d’estimations à partir de diagraphies. Compte tenu du nombre restreint de mesuresdisponibles et de la variabilité latérale rapide des faciès sédimentaires du bassin, lagénéralisation de ces mesures sur de grandes étendues est extrêmement peu fiable.Pour caractériser correctement d’éventuels aquifères du point de vue de leurspropriétés physiques, de nouveaux sondages seraient nécessaires, peu de carottesayant été extraites des sondages existants, leur conservation étant hypothétique et cescarottes ayant généralement déjà fait l’objet d’une détermination de paramètresphysiques.

8.1. DENSITÉS

Les mesures de densité des roches dont on dispose sur la zone d’étude proviennentessentiellement de déterminations sur carottes de forage, parfois sur échantillons desurface et, dans les forages de Cébazat 1 et Crouel 2, Beaumont et les Vergnes (CroixNérat) de diagraphies en densité.

La grande variabilité latérale des faciès sédimentaires de la Limagne rend lagénéralisation de mesures ponctuelles extrêmement délicate. Cependant, à partir del’ensemble des mesures de densités répertoriées, on a réalisé deux tableaux desynthèse regroupant (i) les mesures sur carottes (tabl. 6) et (ii) les mesuresdiagraphiques (tabl. 7). Dans ces deux tableaux, les profondeurs sont rapportées auniveau de la mer, ce qui permet de voir l’hétérogénéité existant d’un forage à un autre,à une profondeur donnée. Par ailleurs, à partir de ces deux tableaux, en vue desmodélisations gravimétriques à réaliser, on peut, en fonction de la profondeur, estimerdes valeurs de densités moyennes pour les principaux faciès rencontrés dans lebassin.

L


96 BRGM/RP-52667-FR

Z(NGF) St Beauzire Cébazat Moulins 103 Moulins 102 Moulins 101 Martres s/ Morges Aigueperse Cournon Lezoux Barberier Brout-Vernet250

168m 1,72 marnes à schist. papyr.

178,5m 1,70 marne plastique

57m 1,9 marnes à ostracodes

107m 1,55 marnes plastiques

68m 1,97 marnes à niv. calcaires

91,5m 1,86 à 2,05 schistes papyracés

07m 2,09 marnes à schist. papyr.

40m 1,99 argile plastique

2,16 marnes et calcaires

-52m 2,00 schistes papyracés

-6m 2,12 à 2,48 calc. nodul. à gréseux

-81m 2,16 sables marneux

-93m calcaires 2,63 marnes 2,10

-70m 2,60 granite

-68m 2,66 à 2,70 cornéenne

-93m 2,10 à 2,20 sables arkosiques

-131m 2,13 sables marneux

-130m 2,17 marnes plastiques

-132m 2,34 à 2,73 marne allant au calcaire

-178m 2,20 ; 2,27 ; 2,48 ; 2,52 ; 2,54 ; 2,60

calcaire crayeux

-161m 2,27 sables grossiers à

conglomérat. et marnes-182m 1,95 à 2,33

marnes

-250-225m 2,27 sch. papyr. et arg. calc.

-243m 2,23 à 2,32 sables arkosiques

-227m 2,55 à 2,65 andésite

-246m 2,07 à 2,14 marnes et sables

-259m 2,08 à 2,20 marne et calcaire

-253m 2,22 calcaire

-278m 2,04 à 2,15 schistes payracés

-346m 2,40 calcaire crayeux

-311m 2,25 schistes papyracés

-396m 2,10 calc. arg., tend. dolom.

-348m calc. cray. 2.42 à 2.50

marnes calc. 1.87 à 2,16-366m 2,11

sables arg. grossiers

-400m 2,07 argiles et sables

grossiers à arkosiques

-403m 2,75 anatexite

-423m pegmatite 2.58

mylonite 2.39 à 2.48-407m 2,58

calcaire marneux

-430m 2,69 porphyre quartzifère

mylonitique

-500

-485m calc. crayeux 2,34

marnes 2,03-462m 2,58

marne calcaire-541m 2,50

calcaire marneux-589m 2,33 sable grossier et arg.

-601,5m 2,30 à 2,71 trachyte

-580m 2,63 à 2,65 granite porphyroïde

-636m porphyre 2,67 brèche 2,63

-616m 2,67 granite

-750-768m 2,36 à 2,46

calcaire argileux-833m 2,57

calcaire argileux-845m 2,71 argiles et niv. gréseux

-903m 2,57 calcaire argileux

-1000-1043m 2,32

grès arkosique

-1108m 2,60 argile calcaire

-1120m 2,75 grès quartzeux et argile

-1250-1280m

cornéenne 2,63 schiste 2,78

S4 - (toit du Chattien)

S3 - (toit de l'Oligocène)

S2 - (toit de l'Eocène)

S1 - (toit de l'Eocène inférieur)

S0 - (toit du Socle)

SUBDIVISIONS COPGEN

Tabl. 6 - Compilation des déterminations de densités sur carottes réalisées dans les forages pétroliers de la Limagne. Report des principaux horizons stratigraphiques interprétés dans le cadrede COPGEN. Les cotes sont en NGF.


BRGM/RP-52667-FR 97

Z(NGF) Cébazat Crouel 2 Beaumont Les Vergnes250

220m 2,05 marne et silt

200m 2,10 marne et silt

195m 2,00 à 2,25 marnes

120m 2,10 à 2,15 marnes sableuses

020m 2,2 marne et schist papyr

-10m 2,23 marne et grès fin

-40m 2,15 marne et schist papyr

à silteux -70m 2,28 marnes

-90m 2,23 marno calcaire

-120m marne 2,29

anhydrite 2,40-150m 2,27 à 2,30

marno calcaire

-172m marnes 2,30

calcaire 2,55 moyenne 2,43

-200m 2,40 calcaire et marne

-250-240m 2,42 à 2,46

calcaire argileux-263m 2,20

marnes-290m 2,46 à 2,48

marne et calcaire-315m

marne 2,33 anhydrite 2,44

-340m 2,47 à 2,50 calcaire silteux

-435m 2,36 marne à niv. carbon

-380m 2,47 marne et anhydrite

-520m 2,48 marne et calc. dolom.

-430m 2,50 à 2,52 marne calcaire

-500-460m 2,34 calcaire arg. et marne

-538m 2,31 marne et silt

-490m 2,47 calcaire et marne

-511m 2,33 à 2,47 marnes à interc. calcaire

-555m 2,00 à 2,40 marne et argile silteuse

moyenne 2,20 -550m 2,48 à 2,53

-589m 2,35 à 2,60 marnes feuillet. à schist.

-570m marne silteuse 2,32

passées de grès 2,44

marne, calc, anhydrite

moyenne 2,50 -625m calcaire 2,50

marne silteuse 2,35

-646m calcaire 2,70 argile

sableuse 2,45-620m 2,42 à 2,44

calcaire marneux

-665m grès quartzeux 2,55

argile 2,25 moyenne 2,42

-650m 2,33 à 2,47 grès quartzeux

-694m 2,35 à 2,5 argile sableuse moyenne 2.40

-695m marne 2,41 anhydrite 2,2

moyenne 2,30

-750-736m 2,37 grès à ciment siliceux

moyenne 2,40 -734m 2,35 à 2,45 argile plus ou moins

sableuse-750m 2,33 à 2,37

marne

-750m 2,65 porphyre quartzifère

silicifié

moyenne 2,38-825m

marne 2,39 -811m 2,42

altern. grès et argile-833m 2,63 grès

arkosique halite 2,04

moyenne 2,22-869m 2,56

granite leuco-875m 2,52 marne et calc. argileux

-896m grès quartzeux 2,60 -950m 2,52 à 2,57

-1000silt argileux 2,25 moyenne 2,43

marne, calcaire, sable

quartzeux 2,60 argile 2,30 moyenne

2,45-1020m 2,49 à 2,52

alt. sable/calcaire

-1127m 2,55 calcaire +/- dolomitique

-1080m 2,50 à 2,53 sable et argile

-1142m 2,55 grès à ciment argileux -1160m 2,46 à 2,49

-1190m 2,53 argile silteuse

sable et argile

-1250-1220m 2,53

grès

Tabl. 7 -Compilationet synthèsedes diagraphiesen densitédisponiblesdans les foragesde la Limagne.Reportdes principauxhorizonsstratigraphiquesinterprétésdans le cadre deCOPGEN selonlégendede la figureprécédente.Les cotes sont enNGF.


98 BRGM/RP-52667-FR

8.2. POROSITÉS

Les mesures de porosité des roches dont on dispose sur la zone d’étude proviennentde déterminations sur carottes ou d’estimations à partir de diagraphies neutron.Les principales données dont on dispose sont :

Forage de Saint-Beauzire 101Plusieurs détermination sur carottes :- dans le Stampien Inférieur lagunaire : dans des schistes papyracés (540,5-546,5 m)

porosité de 18 %, et dans des argiles calcaires (1 422,2-1 431,2 m) porosité de9,6 % ;

- dans le Stampien Inférieur détritique : dans des grès arkosiques, arkoses etcalcaires (1 357,3-1 366,3 m) porosité de 18 % ;

- dans le socle (cornéenne et schiste), une porosité de l’ordre de 4,1 %.

Par ailleurs trois diagraphies sur carottes dans des horizons détritiques du StampienInférieur ont fourni les résultats suivants : 1 342-1 368 m, variation entre 15 % (arkosemassive) et 20-22 % (grès, calcaire gréseux), (fig. 59) ; 1 357-1 366 m : porosité del’ordre de 19 % ; 1 579-1 598 m, grès arkosique reposant sur le socle avec uneporosité supérieure à 26 %.

Fig. 59 - Variation de la porosité dans une carotte prélevée entre 1 342 et 1 368 mdans une formation réservoir du forage de Saint-Beauzire 101

(Debéglia et al., 1975).


BRGM/RP-52667-FR 99

Forage de Lezoux 101452-478 m : porosité de l’ordre de 22 % dans des sables arkosiques.Détermination sur carottes (246-250 m) dans des sables conglomératiques à cimentargileux du Stampien Inférieur détritique, 8,2 %.

Forage de Cournon 101780-790 m : porosité de l’ordre de 13 % dans des grès arkosiques.

Forage Moulins 102Dans le Stampien Inférieur détritique, sur carottes, (414-419 m) dans des calcairesoolithiques et crayeux, porosités mesurées entre 5,5 et 14,5 % avec une moyenne de8 % environ ; pour des niveaux de calcaires crayeux à (497-498 m), porosité mesuréeentre 21 et 26 %.Identification de niveaux réservoir pour les Z forages 316-317 m, de manièrediscontinue entre 353 et 379,5 m, et à 418-431 m, dans le Stampien Inférieurdétritique.

Forage Martres-sur-Morges 101Dans le Stampien Inférieur lagunaire, sur carotte, (444,2-462,2 m), porosité variantentre 13 % et 4 % depuis des calcaires jusqu’à des marnes ; à (500-506 m), pour desmarnes à niveaux de schistes papyracés, porosité de 8 % ; à (726,7-729,2 m), pourdes marnes, porosité de 4 % ; à (859-864,2 m), pour des calcaires marneux, porositéde 9,5 % en moyenne ; à (925,3-931,3 m), dans une roche volcanique, porosité allantde 9 à 26 % ; dans le socle granitique, porosité moyenne de 5,7 %.

Forage Moulins 103Existence de niveaux réservoirs identifiés pour les Z forages 851à 873,5 m, dans leStampien Inférieur.

Forage Moulins 101Dans le Stampien Inférieur détritique, sur carottes (493-494 m) dans des calcairescrayeux, porosités mesurées entre 22 et 26 %.Existence de niveaux réservoir envahis d’eau douce pour les Z forages 395 à 407 m demanière discontinue, dans le Stampien Inférieur détritique.

Forage de Cébazat 1Dans les grès et argiles du Stampien Inférieur détritique, détermination sur carottes(1 190-1 199 m), 13 à 25 % avec une moyenne aux environs de 17 %, et (1 467-1 470 m), 14 à 22 % avec une moyenne aux environs de 17 %.Détermination sur carottes (1 190-1 199 m et 1 467-1 470 m) dans des grès et argilesdu Stampien Inférieur détritique, 13 à 26 % avec une moyenne à 18 %.D’après la diagraphie neutron, identification entre les Z forages 1 130-1 530 m, de125 m de réservoir potentiel en cumulé, sous la forme de niveaux discontinus allantjusqu’à quelques mètres d’épaisseur, dont la porosité atteint 30 %.

Forage des Vergnes (Croix Nérat)La diagraphie neutron permet de caractériser entre les Z forages 1 535-1 565 m qui ontfourni l’essentiel de l’eau extraite du forage, environ 30 mètres de réservoir potentiel detype grès arkosique à granulométrie hétérogène. Dans cette zone, les porositésmesurées sont de l’ordre de 20 %.


100 BRGM/RP-52667-FR

Forage de BeaumontDans le zone de réservoir potentiel testée lors des essais de pompage (en-dessous de1 050 m dans le forage), se succèdent de haut en bas, des sables argileux sur unefaible épaisseur puis des arkoses très compactes. Les porosités moyennes mesuréespar diagraphie neutron dans ces deux types de formations sont respectivementproches de 23 et 5 %.

Forage Crouel 2Dans l’horizon de grès quartzeux à passées conglomératiques et ciment argileux qui adonné lieu à un test de pompage sec (Z forages 997-1 015 m ), la diagraphie neutronindique des porosités faibles.

En résumé, les porosités relevées sur échantillons ou en diagraphie dans les niveauxréservoir potentiel identifiés, sont dans l’ensemble assez élevées, quoique sans douteun peu surestimées par la présence d’argile (dont la porosité dépasse 40 %).

8.3. PERMÉABILITÉS

Les mesures de perméabilité des roches dont on dispose sur la zone d’étudeproviennent de déterminations sur carottes ou d’estimations à partir de diagraphies PS(polarisation spontanée) et Microlog.

Seuls trois forages ont fait l’objet de déterminations de perméabilité in situ desformations réservoir basées sur des tests en puits : les forages de Cébazat 1,Beaumont et Les Vergnes (Croix Nérat). Les principales données dont on disposesont :

Forage de Cébazat 1Dans les grès et argiles du Stampien Inférieur détritique, détermination sur carottes(1 190-1 199 m), 3 à 44 mD avec une moyenne aux environs de 20 mD, et (1 467-1 470 m), une valeur de 25,3 mD.Par ailleurs, trois phases de mise en production ont été réalisées qui ont permisd’établir trois courbes de remontée en pression. Bien que de durées trop courtes (115puis 70 et 364 mn respectivement), ces tests fournissent cependant des informationssur les perméabilités et transmissivité in situ des 125 m de zones réservoir (encumulé), comprises entre 1 130 et 1 530 m :- 1re remontée : débit Q1 = 6,1 m3/h (pendant 71 mn), perméabilité K1 = 0,30 mD et

transmissivité T1 = 44,5 mD.m ;- 2e remontée : Q2 = 8,7m3/h (pendant 26 mn), K2 = 0,66 mD et T2 = 82,29 mD.m ;- 3e remontée : Q3 = 7,2 m3/h (pendant 20 mn), K3 = 0,33 mD.Malgré des conditions de mesures non-optimales, ces essais tendent à indiquer uneperméabilité médiocre des réservoirs testés comprise entre 0,3 et 0,7 mD. Cesrésultats ne peuvent cependant être généralisés compte tenu de la forte variabilitélatérale des faciès sédimentaires.

Forage de BeaumontÀ notre connaissance, le forage de Beaumont n’a pas fait l’objet de mesures deperméabilité ni sur carottes ni à partir des tests de mise en production.


BRGM/RP-52667-FR 101

Forage des Vergnes (Croix Nérat)N’ayant pu accéder au dossier de fin de forage dans son intégralité, il n’y a pas à notreconnaissance de détermination de perméabilité sur le forage des Vergnes. Lors desdivers essais de mise en production du forage (voir paragraphe « Tests des horizonsréservoir et venues d’eau en forage »), les débits et transmissivités de formationsréservoir ont été évalués. Des débits d’essais compris entre 10 et 30 m3/h et destransmissivités variant entre 0,5 et 1,5 D.m ont été mesurés. Ils ont été jugés tropfaibles pour permettre d'envisager une exploitation viable du forage.

Forage de Saint-Beauzire 101Plusieurs détermination sur carottes :- dans le Stampien inférieur lagunaire : dans des schistes papyracés (540,5- 546,5 m)

perméabilité comprise entre 0,1 et 0,46 mD, et dans des argiles calcaires (1 422,2-1431,2 m) perméabilité comprise entre 0,1 et 0,98 mD ;

- dans le Stampien inférieur détritique : dans des grès arkosiques, arkoses etcalcaires (1 357,3-1 366,3 m) une perméabilité élevée de 92 mD ;

- dans le socle (cornéenne et schiste), une perméabilité comprise entre 0,1 et0,45 mD.

Forage de Lezoux 101Détermination sur carottes (246-250 m) dans des sables conglomératiques à cimentargileux du Stampien inférieur détritique, 0,09 à 0,11 mD.

Forage de Brout-Vernet 101Mise en évidence de niveaux poreux et perméables, quoiqu’argileux dans le Stampieninférieur détritique.

Forage d’Aigueperse 101Entre 179 et 498 m, le Stampien inférieur lagunaire est riche en zones calcaires maispratiquement dénuées de perméabilité ; à 374 m, banc gréseux aquifère.Le Stampien inférieur détritique comporte des zones perméables, notamment pour lesZ forages 498-592 m, 623-626 m, 722-726,5 m, 778-781 m, 903-906 m et 921-925 m.

Forage de Moulin 102Dans le Stampien inférieur détritique, sur carottes, (414-419 m) dans des calcairesoolithiques et crayeux, perméabilités mesurées entre 0,07 et 0,24 mD avec unemoyenne de 0,15 mD environ ; pour des niveaux de calcaires crayeux à (497-498 m),perméabilité mesurée entre 0,5 et 1,15 mD avec une moyenne à 0,57 mD environ.Mise en évidence de niveaux perméables par diagraphie Microlog dans la série duStampien inférieur, pour les Z forages 484 à 522 m de manière discontinue.

Forage de Moulins 103Mise en évidence de niveaux perméables par diagraphie Microlog dans la série duStampien inférieur, envahis d’eau douce, pour les Z forages 333-384 m de manièrediscontinue, 400,5-403,5 m, 455-468 m, 519,5-521 m et 536-607,5 m, 648,5-671,5 mde manière discontinue.



Forage de Barberier 101Seule la série du Stampien inférieur détritique possède quelques niveaux légèrementperméables (en diagraphie) envahis par de l’eau douce, entre les Z forages 290 et310 m notamment.

Forage de Martres-sur-Morges 101Dans le Stampien Inférieur lagunaire, sur carottes, (444,2-462,2 m), perméabilitévariant entre 1,9 et 0,7 mD depuis des calcaires jusqu’à des marnes ; à (500-506 m),pour des marnes à niveaux de schistes papyracés, perméabilité de 0,15 à 0,2 mD ; à(726,7-729,2 m), pour des marnes, perméabilité de 0,07 mD ; à (859-864,2 m), pourdes calcaires marneux, perméabilité de 0,1 mD en moyenne ; à (925,3-931,3 m), dansune roche volcanique, perméabilités mesurées de 0,4 à 1,4 mD et présence niveauxfissurés ; enfin, dans le socle granitique, perméabilité moyenne de 0,08 mD.Par ailleurs, des bancs perméables sont identifiés par diagraphie PS dans le Stampieninférieur, entre les Z forages 572-574 m, 595-601 m, 793,5-796 m, et en particulier445,3-460,5 m (calcaire grenu à gréseux).



9. Conclusion

e rapport rassemble et compile les données, les connaissances et lesinformations scientifiques en géophysique, disponibles dans la région de la

Limagne et dans les petits bassins tertiaires de Saint-Flour et Le Malzieu. Cettesynthèse permet de faire le bilan sur l’état de connaissance géophysique de cesecteur, en particulier en ce qui concerne la sismique, les méthodes potentielles(gravimétrie magnétisme), la thermique, la reconnaissance des propriétés physiquesdes corps géologiques en profondeur par l’intermédiaire des mesures en forage.

En Limagne d’Allier, la réinterprétation de ces données géophysiques et leurcombinaison avec la connaissance géologique de surface ou acquise en forages, vaservir de support à la suite du projet qui consiste à modéliser dans le bassin, lagéométrie 3D des enveloppes des corps détritiques.

Cette compilation des données disponibles et accessibles sur la zone des Limagnesprésente un certain nombre de caractéristiques géophysiques et thermiquesintéressantes du point de vue de la ressource géothermale. À l’échelle régionale, leMassif central en général et la zone des Limagnes en particulier apparaissent commeune zone d’anomalie géothermique anormalement chaude.

Ainsi qu’on peut l’établir à partir des logs et diagraphies de forages, certains horizonsau sein des bassins correspondent à des formations détritiques de type sables,conglomérats ou grès, susceptibles de posséder des propriétés réservoir intéressantes(porosité, perméabilité). Cependant, la forte variabilité latérale de ces faciès rend leurcaractérisation assez difficile à partir des seules données disponibles.

Par ailleurs, la reconnaissance de la géométrie du socle et du caractère fortement faillédu bassin, où l’on a par endroits imagé des indices géophysiques de fluides est enfaveur de circulations thermales dans le bassin.

L’ensemble de ces facteurs (température, formations détritiques, fluides, failles)confirme l’intérêt, a priori, des Limagnes pour la géothermie basse et moyenneénergie.

Cependant, les tentatives d’exploration géothermique réalisées par le passé n’ont pasété très fructueuses, en particulier parce que les parties les plus profondes du bassin,généralement détritiques, étaient relativement mal connues. En effet, l’explorationpétrolière, peu dense, n’avait pas été orientée vers la recherche de réservoirsprofonds. Il subsiste donc une certaine méconnaissance des fonds de bassin.

Cette synthèse souligne également le rôle des accidents (faille d’Aigueperse) commedrains potentiels et ouvre, par conséquent, des perspectives de recherche.

C



Bibliographie

Asfirane F. (1998) – Compilation et traitement des données aéromagnétiques duMassif central, France. Note GéoFrance 3D n°134/97.

Aucel M. (1987) – Étude du socle fissuré du Cézallier par la méthodeaudiomagnétotellurique. Thèse de l’Université Paris VII, 132 p.

Bayer R. (1978) – Interpretation of aeromagnetic data for determining the Curie depth.Rapport final CEE, contrat 76.11 EGF, 135 p.

Bayer R. et Cuer M. (1981) – Inversion tri-dimensionnelle des donnéesaéromagnétiques sur le massif volcanique du Mont-Dore : implications structuraleset géothermiques. Ann. Geophys., 37, p. 347-365.

Bayer R., Couturie J.P. et Vasseur G. (1982) – Résultats géophysiques récents sur legranite de la Margeride. Ann. Geophys., 38, 3, p. 431-447.

Brousse R. (1960) – Description géologique du massif volcanique du Mont-Dore.2nde thèse, Paris, 66 p.

Debéglia N., Gable R. et Jeambrun M. (1975) – Potentiel géothermique dans la régionsud de Clermont-Ferrand (commune de Beaumont – Puy de Dôme). Rapport BRGMn° 75SGN370MCE, 19 p.

Debéglia N., Gérard A. et Weber C. (1977) – Apports des levés aéromagnétiquesdétaillés à la géologie du socle du Massif central nord-oriental. Bull. Soc. Géol.France, 19, p. 563-573.

Demange J., Puvilland P. et Aucel M. (1984) – Reconnaissance géothermique hauteénergie dans la région du Cézallier. Rapport BRGM n° 84SGN023GTH.

Dupont F. (2002) – Étude gravimétrique dans la région de Saint-Flour (15). NoteBRGM n° 02-381.

Fabriol H. (1985) – Géologie Profonde de la France – GPF2 – Synthèse descampagnes de prospection magnétotelluriques réalisées dans le Cézallier (1983-1984). Rapport BRGM n° 85SGN103IRG.

Ferrandes R., Gérard A., Muraour P., Peragallo J. et Petiau G. (1980) – Seismicinvestigations of the Mont Dore caldera, In: Strub A.S. and Ungemach P. Eds.,Advances in European geothermal Research, Reidel publishing company, p. 360-363.

Frauklin B. (1979) – Étude de l’anomalie géothermique de Pechelbornn et de lastructure volcanique du Mont-Dore par sondages géomagnétiques différentiels etmagnétotelluriques. Thèse de 3e cycle de l’université Paris VI.



Gable R. (1978) – Acquisition et rassemblement de données géothermiquesdisponibles en France. Rapport du BRGM 78 SGN 284 GTH.

Gable J., Foucher J.C. et Batard F. (1980) – Inventaire des ressources géothermiquesdu département de l'Allier, Rapport BRGM n° 80SGN390AUV, 26 p.

Gable R., Foucher J.C., Menjoz A., Philip J.M. et Roignot G. (1982) – Mesure, analyseet interprétation de profils thermiques : application à la détermination indirecte destempératures in situ. Rapport du BRGM 82 SGN 413 GTH.

Genter A., Giot D., Lieutenant N., Nehlig P., Rocher Ph., Roig J.Y., Chevremont Ph.,Guillou-Frottier L., Martelet G., Bitri A., Perrin J., Serrano O., Courtois N., VigourouxPh., Négrel Ph., Serra H., Petelet-Giraud E. (2003) – Méthodologie de l’inventairegéothermique des Limagnes : projet COPGEN. Compilation des données. RapportBRGM RP-52644-FR.

Géoservices Hydrologie (1979) – Forages d'exploitation géothermique Beaumont(mars-avril 1979) - Fascicules I et IV.

Géotherma (1981) – Forage d'exploitation géothermique de Clermont-Ferrand (LesVergnes I) (juin - septembre 1981). Conséquence des incidents survenus en coursde réalisation et imputables à des difficultés d'ordre géologique.

Glangeaud P. (1923) – Note sur les recherches de pétrole dans la Limagne, Éd.Dunod, Paris.

Guyoton F. (1987) – Sismicité et tectonique en Auvergne. Mémoire de DEA del’université de Clermont-Ferrand, 129 p.

Hirn A. et Perrier G. (1974) – Deep seismic sounding in the Limagne graben,Approaches to taphrogenesis, ed. J.H. Illies and K. Fuchs, Verlagsbuchhandlung,Stuttgart, p. 329-340.

Hirn A. (1981) – Microsismicité du Mont-Dore, Rapport CEE, contrat EGA-2-016-F,37 p.

Horn R. et Stanudin B. (1975) – La géophysique appliquée aux recherchesgéothermiques en Limagne, « étude méthodologique ». Rapport BRGMn° 75METGPH17, 24 p.

Hulot C. (1988) – Application de méthodes géophysiques à l’étude structurale desmassifs volcaniques du Mont-Dore et du Sancy. Implications géothermiques. Thèsede l’université Paris VI, 344 p.

Jung J. (1939) – Liste des sondages effectués en Limagne pour la recherche dupétrole de 1883 à 1932. Rev. Sc. Nat. Auvergne, 5, p. 87.

Lallier S. (1979) – Géothermie Mont-Dore, étude par méthodes électriques etélectromagnétiques MELOS. Rapport BRGM n° 79GPH010.



Le Borgne E. et Le Mouël J.L. (1969) – La nouvelle carte magnétique de la France.Inst. Phys. Globe Paris, 35, p. 197-224.

Lénat J.F. (1980) – Modélisation des données aéromagnétiques et mesuresmagnétiques au sol. Rapport BRGM n° 80SGN150GTH, 30 p.

Lucazeau F. et Vasseur G. (1981) – Production de chaleur et régime thermique de lacroûte du Massif central. Ann. Géophys., 37, 3, p. 493-513.

Lucazeau F. et Vasseur G. (1989) – Heat flow density data from France andsurrounding margins. Tectonophysics, 164, p. 251-258.

Malergue G. (1980) – Some results of very low frequency magnetotelluric survey in theMont-Dore area (MT-5-EX and harmonic solutions), In: Strub A.S. and Ungemach P.Eds., Advances in European geothermal Research, Reidel publishing company,p. 921-934.

Marie P. (1981) – Structures des zones volcaniques révélées par la géophysique :application à la Polynésie (sismique) et au Mont-Dore (magnétotellurique). Thèse de3e cycle, université Paris VI, 233 p.

Mégnien C. (1988) – Le programme Géologie Profonde de la France ; les troispremiers forages. Deep drilling in crystalline bedrock, 2, p. 107-116.

Morange A., Héritier F., Villemin J. (1971) – Contribution de l’exploration pétrolière à laconnaissance structurale et sédimentaire de la Limagne, dans le Massif central,Symposium J. Jung : Géologie, géomorphologie et structure profonde du Massifcentral français, Clermont-Ferrand. Éd. Plein Air Service, Clermont-Ferrand.

Mosnier J. (1976) – Recherche d’une anomalie géothermique sous la chaîne des Puyspar sondages électriques et électromagnétiques. Bull. Soc. Géol. Fr., 18, p. 1133-1137.

Mossand P. (1983) – Le volcanisme anté et syn-caldera des monts Dore (Massifcentral français) : implications géothermiques. Thèse de 3e cycle, université deClermont-Ferrand II, 197 p.

Pollack H.N., Hurter S., et Johnson J.R. (1993) – Heat flow from the Earth’s interior:analysis of the global data set. Rev. Geophys., 31, p. 267-280.

Royer G. (1965) – Rapport d'exécution de la carte magnétique de France. RapportCGG, inédit.

Rumeau J. (1955) – Examen des possibilités pétrolières de la Limagne, Rev. de l’IFPet Ann. des Combustibles Liquides, 10, n° 11, p. 1319-1334.

Stieltjes L. (1977). – Évaluation du potentiel géothermique du Massif central français.Rapport BRGM n° 77SGN594GTH.

Theile (1959) – Rapport sur les mesures effectuées par sismique-réflexion au cours dela campagne Riom-Vichy et Vichy-Moulins pour la RAP. CATG, Paris.



Varet J., Stieltjes L., Fouillac C. et Gérard A. (1980) – Prospection géothermiqueintégrée dans le massif du Mont-Dore. Rapport BRGM n° 80SGN150GTH.

Vasseur G. (1982) – Synthèse des résultats de flux géothermique en France. Ann.Géophys., 38, 2, p. 189-201.



ANNEXE

Estimation des gradients géothermiquesaux puits Crouel 2, Cébazat et Les Vergnes



Dans ce tableau 3, des valeurs de gradients géothermiques ont été déduites demesures de température en fond de trou (BHT measurements). Même si nous nedisposons pas de toutes les informations nécessaires à la détermination de « lacorrection BHT », il est possible d’estimer celle-ci à partir des autres corrections.

Lorsque l’on dispose de plusieurs mesures séparées dans le temps, à une profondeurdonnée, il est facile de déduire la valeur de la température à l’équilibre thermique duforage. Ce n’est malheureusement pas le cas pour la plupart des mesures en fond detrou (mesures BHT). Gable (1977 ; 1978) a utilisé une autre technique consistant à (1)compiler l’ensemble des mesures BHT dans une région donnée, (2) comparer cettecompilation avec des mesures thermométriques supposées représenter l’étatd’équilibre ; (3) en déduire une loi de correction des mesures BHT en fonction de laprofondeur de la mesure, pour une région donnée. Mais R. Gable ne donne pas cetteloi pour le Massif central.

Même si nous ne disposons pas de toutes les informations nécessaires à ladétermination exacte de la correction BHT (temps écoulé entre la fin de la foration et lamesure de température, type de boue de forage et quantification de son effet sur lamesure, ...), à partir des informations du tableau 4, il est possible d’utiliser lescorrections effectuées pour en déduire les corrections manquantes aux trois forages.Avec les informations dont on dispose (température en fond de trou, profondeur duforage, altitude, et gradient corrigé), on peut utiliser les hypothèses suivantes :- la température moyenne de la surface, dans la région étudiée varie de 0 °C à

10 °C ; ces variations dépendent essentiellement de l’altitude. Cette hypothèse estjustifiée par une carte présente dans l’Atlas Geothermal de l’Europe pour ce qui estdu domaine de variation des températures moyennes (annuellement) de la surface ;

- pour une altitude donnée (et donc une température de surface donnée), lacorrection à effectuer sur les mesures BHT est la même pour tous les forages de la« région COPGEN ». Cette hypothèse est admise par la plupart des équipes ayantprocédé à ce type de correction ;

- l’hypothèse 2 ne devrait s’appliquer que dans un domaine de profondeur défini,mais les mesures étant effectuées parfois à des profondeurs trop différentes, onutilisera les corrections les plus adaptées.

Sachant que l’estimation d’un gradient géothermique d’équilibre consiste à déterminerG0, tel que T(z) = T0 + G0.z, et que la température de surface T0 dépend de l’altitude,on peut retrouver les température de surface équivalentes T0* pour les valeurs déjàcorrigées (Aigueperse, Barberier, etc) :

T0* = Tb - ∇T. zb ,

où Tb est la température mesurée en fond de trou, ∇T le gradient corrigé, et zb laprofondeur en fond de trou. Connaissant ces températures, on peut alors les utiliserpour les trois données manquantes, en utilisant le forage de profondeur la plus proche.Il est à noter que la température de surface équivalente n’a pas de sens physiquepuisqu’elle est déduite de corrections diverses : elle varie donc avec la profondeur etl’altitude de chaque forage.



Quelques exemples :

lieu Tb(°C) zb (m) alt. (m) ∇T (°C/100m) T0* (°C)

Aigueperse 45 965,1 613,9 5,2 5,2Brout-Vernet 38 394,8 75,5 7,0 10,4Moulins 103 47 886,9 649,6 5,6 2,6Saint-Beauzire 95 1 616,4 1 298,1 6,1 3,5

.....

En comparant avec les autres données, il est raisonnable d’utiliser une température desurface équivalente de 2,5 à 3,3°C pour Crouel 2, et de 3.5 °C pour Cebazat et LesVergnes. Par ailleurs, si l’on considère une incertitude de ± 2 °C sur la température desurface équivalente, la correction est peu changée étant donnée la grande profondeurde ces forages. On obtient alors, pour le gradient thermique corrigé (calculé avec (Tb-T0*)/zb), les valeurs :

Crouel 2 : [6,8 – 7,2] °C/100 m → 7,0 °C/100 m

Cébazat : [5,6 – 5,8] °C/100 m → 5,7 °C/100 m

Les Vergnes : [5,5 – 5,7] °C/100 m → 5,6 °C/100 m

Avertissement : les estimations de gradients géothermiques à partir de mesures enfond de trou sont toujours considérées comme peu fiables, sauf quand on connaîtexactement l’histoire de la mesure (combien de temps après la fin de la foration, queltype de boue de forage et quantification de son effet sur la mesure, ...). Parconséquent, les estimations réalisées ci-dessus doivent être utilisées avec précaution,et en particulier, il serait dangereux de les utiliser pour toute extrapolation detempératures à plus grande profondeur.

Centre scientifique et techniqueService environnement industriel et procédés innovants

3, avenue Claude-GuilleminBP 6009 – 45060 Orléans Cedex 2 – France – Tél. : 02 38 64 34 34

méthodologie de l'inventaire du potentiel géothermique de la

Documents