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Mons Lille Cambrai Arras Douai Valenciennes Lens Maubeuge Topographie (mètres) 0 10 50 100 300 200 150 Direc�on du raccourcissement varisque 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Données et interpréta�ons sismiques 1 0 0 . 8 5 . 2 7 2 0 5 . 0 2 7 0 2 2. 2 3 0 0 7 . 2 . 8 1 2 8 2 0 0 1 . 2 . 5 2 3 2 . 0 7 2 70 . 0 2 . 0 3 3 . 2 1 . 7 0 5 . 1 2 0 8 2 7 0 2 0 0 0 . . 3 0 0 7 2 5 . 2 0 7 3 . 2 EPY 1 JEU 1 Lens Douai Valenciennes Maubeuge Arras Mons 1.03 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.18 N Temps double (s) 0 15 30km chevauchements Figure 8 : Carte structurale préliminaire indiquant la profondeur en temps double de la base de l’aquifère viséen. Ces valeurs seront ultérieurement converes en mètres. Figure 5 : Carte localisant les données de forages profonds et les profils sismiques disponibles dans la région dans le cadre de la thèse. Données topographiques (MNT) issues de la BD ALTIV IGN 25m. 1.Epinoy, 2.Jeumont, 3.Saint-Ghislain, 4.Douvrain, 5.Ghlin, 6.Condé-sur-l’Escaut, 7.Gouzeaucourt, 8.Annappes, 9.Tournai, 10.Leuze. 73 forages profonds 532 km de données industrielles de sismique réflexion acquises dans les années 1980 et retraitées dans le cadre de la thèse (fig.5). Figure 7 : Interprétaon du profil sismique C576 meant en évidence la structure du sous-sol entre Cambrai et Maubeuge. Le profil est localisé en bleu clair sur la figure 5. Les termes en noir correspondent aux différentes unités structurales du Front nord varisque dans le nord de la France. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5km WSW ENE Toit Givétien Toit Faménnien Toit Dinantien Aquifère givétien-frasnien Aquifère tournaisien-viséen Toit Paléozoïque - C576 - C576/2 - Temps double (sec) Profondeur (km) Cambrai Zone de chevauchement frontale Sens du transport Sens opposé au transport Allochtone Ardennais Socle Brabançon E.M.R. Parautochtone Brabançon Couverture Méso-Cénozoïque Maubeuge Toit Frasnien Failles Toit Socle Rampe latérale Zone triangulaire - C122 - SSE NNW 5km 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Temps double (sec) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Profondeur (km) Rampe frontale Allochtone Ardennais Socle Brabançon Parautochtone Brabançon Couverture Méso-Cénozoïque Toit Givétien Toit Faménnien Toit Dinantien Aquifère givétien-frasnien Aquifère tournaisien-viséen Toit Paléozoïque Toit Frasnien Failles Toit Socle E.M.R. Figure 6 : Interprétaon du profil sismique C122, meant en évidence la structure du sous-sol au sud de Valenciennes. Le profil est localisé en rose sur la figure 5. Les termes en noir correspondent aux différentes unités structurales du Front nord varisque dans le nord de la France. Réservoirs con�nus, s’approfondissant vers le sud (profondeur de 2-3 km sous le bassin minier, 7-9 km à la limite sud du Nord-Pas-de-Calais) Structures extensives dévoniennes (failles normales synsédimentaires) et structures compressives carbonifères (chevauchements, an�clinal, zone triangulaire, rampe frontale/latérale), orientées N70° et N120-140°. Mississippienpennsylvanien MESO-CENOZOIQUEPALÉOZOIQUE Figure 3 : A.Ecorché géologique des terrains paléozoïques dans le nord de la France-sud de la Belgique à environ -300m de profondeur. 1.Epinoy, 2.Jeumont, 3.Saint-Ghislain, 4.Douvrain, 5.Ghlin. D’après Averbuch, 2018; CFP, 1965 et Chantraine et al., 2006. B.Interprétaon géologique du profil sismique M146, localisé sur la carte. Les réservoirs géothermiques ciblés sont encadrés en rouge. A.A.: Allochtone Ardennais, P.B.: Parautochtone Brabançon, E.M.R.: Ecailles et Massifs Renversés. Modifié de Lacquement et al., 1999 et Mansy et Lacquement, 2006. Figure 2 : Log stragraphique synthéque de la région du bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais. Les réservoirs géothermiques potenels sont indiqués en bleu. Figure 4 : Photographies des calcaires bréchiques viséens de la Formaon de Lives dans la carrière de Limont-Fontaine (Avesnois, France). A: A l’échelle de la carrière. B: A l’échelle de l’affleurement. C: A l’échelle macroscopique. La carrière a été localisée sur la figure 3A. Photos prises par Olivier Averbuch. 5cm 50cm 35m A B C Deux aquifères profonds ciblés (fig.2) : Le réservoir viséen est d’hors-et-déjà exploité à des températures proches de 70°C dans la région bassin houiller du Hainaut (Mons-Belgique) : 3 forages géothermiques profonds de Saint Ghislain (fig.3A), Douvrain et Ghlin. Les réservoirs géothermiques dans la région 50 km N Dévonien inférieur Dévonien moyen-supérieur Namurien-Westphalien Tournaisien-Viséen Socle (Cambrien-Silurien) Lille Bruxelles Maastricht France Belgique Valenciennes Namur Lens Maubeuge Mons Givet Charleroi MASSIF DU BRABANT PARAUTOCHTONE BRABANÇON ALLOCHTONE ARDENNAIS 3 2 1 Zone de chevauchement frontale Forage profond Faille Chevauchement M146 E.M.R. BASSIN HOUILLER Carrière de Limont-Fontaine A 5 4 NNW SSE 0.00 1.00 2.00 3.00 0 2.5 5 8 Z (km) TWT (s) 10 km CDP 600 500 700 800 400 300 200 900 1000 Socle Brabançon E.M.R. P.B. A.A. B M146 Calcaires et brèches carbonifères du Viséen (347-331 Ma) (fig.4) Calcaires dévoniens du Givé�en-Frasnien (390-372 Ma) Plusieurs anomalies géothermiques sont connues au sein du réservoir viséen dans la région du bassin minier Nord-Pas-de-Calais (source de Saint-Amand-les-Eaux, etc...). Ces réservoirs sont situés sous le bassin minier et appar�ennent à l’unité du Parautochtone Brabançon (fig.3B). Suite à l’adop�on de la loi du 17 août 2015 rela�ve à la transi�on énergé�que, la région des Hauts-de-France s’est engagée à inves�r et développer considérablement la produc�on d’énergies renouvelables dans les prochaines décennies. Cet objec�f requiert dès à présent le développement à l’échelle régionale de solu�ons alterna�ves aux énergies fossiles, notamment la géothermie profonde basse température (30-90°C) ou basse énergie. Le développement de la géothermie basse-température, apporterait une solu�on perme�ant de répondre à l’augmenta�on de la demande en chauffage urbain et clima�sa�on dans la région du bassin minier qui compte près d’un million d’habitants, répar�s autour de plusieurs centres urbains de plus de 30 000 habitants (Lens, Douai, Valenciennes, Arras...). Si le poten�el géothermique du Bassin de Paris est déjà bien contraint (fig.1), compte tenu de la rela�ve simplicité des aquifères profonds ciblés (i.e., la nappe du Dogger), celui de son substratum paléozoïque est encore mal connu, notamment sur le territoire du bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais (BHNPC) (fig.1), fortement déformé et structuré. L’actuel projet de thèse cons�tue la première étape visant à évaluer le poten�el géothermique régional. Il a pour objec�f de mieux contraindre la structure du sous-sol régional et plus par�culièrement des aquifères (épaisseur, extension, géométrie, profondeur), et de définir les propriétés géothermales de ces réservoirs poten�els. Probléma�que et enjeux Paris Lille Strasbourg 0 100 200 km BASSIN DE PARIS FOSSÉ RHÉNAN LIMAGNE BRESSE BHNPC Figure 1 : Localisaon des zones propices à l’exploitaon géothermique profonde dans le nord de la France. Données issues de BRGM, 2016. Géométrie des réservoirs géothermiques profonds du substratum du Bassin de Paris : la région du bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais Aurore Laurent 1,2 Olivier Averbuch1, Laurent Beccale�o2, Fabien Graveleau1, Frédéric Lacquement2 1 Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (U Lille-ULCO-CNRS) ; 2 BRGM, Direc�on des Géoressources

1 Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (U Lille-ULCO …rgf.brgm.fr/sites/default/files/upload/documents/rencontres/20200123... · 7.Gouzeaucourt, 8.Annappes, 9.Tournai,

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Page 1: 1 Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (U Lille-ULCO …rgf.brgm.fr/sites/default/files/upload/documents/rencontres/20200123... · 7.Gouzeaucourt, 8.Annappes, 9.Tournai,

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Direc�on du raccourcissement varisque

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EPY 1

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Mons1.03

1.25

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2.25

2.50

2.75

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3.18

NTemps double (s)

0 15 30km

chevauchements

Figure 8 : Carte structurale préliminaire indiquant la profondeur en temps double de la base de l’aquifère viséen. Ces valeurs seront ultérieurement converties en mètres.

Figure 5 : Carte localisant les données de forages profonds et les profils sismiques disponibles dans la région dans le cadre de la thèse. Données topographiques (MNT) issues de la BD ALTIV IGN 25m. 1.Epinoy, 2.Jeumont, 3.Saint-Ghislain, 4.Douvrain, 5.Ghlin, 6.Condé-sur-l’Escaut,

7.Gouzeaucourt, 8.Annappes, 9.Tournai, 10.Leuze.

73 forages profonds

532 km de données industrielles de sismique réflexion acquises dans les années 1980 et retraitées dans le cadre de la thèse (fig.5).

Figure 7 : Interprétation du profil sismique C576 mettant en évidence la structure du sous-sol entre Cambrai et Maubeuge. Le profil est localisé en bleu clair sur la figure 5. Les termes en noir correspondent aux différentes unités structurales du Front nord varisque dans le nord de la France.

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Sens du transport

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Allochtone Ardennais

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Parautochtone Brabançon

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Aquifère tournaisien-viséen

Toit Paléozoïque

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E.M.R.

Figure 6 : Interprétation du profil sismique C122, mettant en évidence la structure du sous-sol au sud de Valenciennes. Le profil est localisé en rose sur la figure 5. Les termes en noir correspondent aux différentes unités

structurales du Front nord varisque dans le nord de la France.

Réservoirs con�nus, s’approfondissant vers le sud (profondeur de 2-3 km sous le bassin minier, 7-9 km à la limite sud du Nord-Pas-de-Calais)

Structures extensives dévoniennes (failles normales synsédimentaires) et structures compressives carbonifères (chevauchements, an�clinal, zone triangulaire, rampe frontale/latérale), orientées N70° et N120-140°.

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Figure 3 : A.Ecorché géologique des terrains paléozoïques dans le nord de la France-sud de la Belgique à environ -300m de profondeur. 1.Epinoy, 2.Jeumont, 3.Saint-Ghislain, 4.Douvrain, 5.Ghlin. D’après Averbuch, 2018; CFP, 1965 et Chantraine et

al., 2006. B.Interprétation géologique du profil sismique M146, localisé sur la carte. Les réservoirs géothermiques ciblés sont encadrés en rouge. A.A.: Allochtone Ardennais, P.B.: Parautochtone Brabançon, E.M.R.: Ecailles et Massifs Renversés.

Modifié de Lacquement et al., 1999 et Mansy et Lacquement, 2006.

Figure 2 : Log stratigraphique synthétique de la région du bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais. Les réservoirs géothermiques potentiels sont indiqués en bleu. Figure 4 : Photographies des calcaires bréchiques viséens de la Formation de Lives dans la carrière de Limont-Fontaine (Avesnois, France). A: A l’échelle de la carrière.

B: A l’échelle de l’affleurement. C: A l’échelle macroscopique. La carrière a été localisée sur la figure 3A. Photos prises par Olivier Averbuch.

5cm50cm35mA B C

Deux aquifères profonds ciblés (fig.2) :

Le réservoir viséen est d’hors-et-déjà exploité à des températures proches de 70°C dans la région bassin houiller du Hainaut (Mons-Belgique) : 3 forages géothermiques profonds de Saint Ghislain (fig.3A), Douvrain et Ghlin.

Les réservoirs géothermiques dans la région

50 km

N

Dévonien inférieurDévonien moyen-supérieur

Namurien-Westphalien

Tournaisien-Viséen

Socle (Cambrien-Silurien)

Lille

BruxellesMaastrichtFrance Belgique

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Mons

Givet

Charleroi

MASSIF DU BRABANT

PARAUTOCHTONE BRABANÇON

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Socle Brabançon

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P.B.A.A.

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Calcaires et brèches carbonifères du Viséen (347-331 Ma) (fig.4)

Calcaires dévoniens du Givé�en-Frasnien (390-372 Ma)

Plusieurs anomalies géothermiques sont connues au sein du réservoir viséen dans la région du bassin minier Nord-Pas-de-Calais (source de Saint-Amand-les-Eaux, etc...).

Ces réservoirs sont situés sous le bassin minier et appar�ennent à l’unité du Parautochtone Brabançon (fig.3B).

Suite à l’adop�on de la loi du 17 août 2015 rela�ve à la transi�on énergé�que, la région des Hauts-de-France s’est engagée à inves�r et développer considérablement la produc�on d’énergies renouvelables dans les prochaines décennies. Cet objec�f requiert dès à présent le développement à l’échelle régionale de solu�ons alterna�ves aux énergies fossiles, notamment la géothermie profonde basse température (30-90°C) ou basse énergie. Le développement de la géothermie basse-température, apporterait une solu�on perme�ant de répondre à l’augmenta�on de la demande en chauffage urbain et clima�sa�on dans la région du bassin minier qui compte près d’un million d’habitants, répar�s autour de plusieurs centres urbains de plus de 30 000 habitants (Lens, Douai, Valenciennes, Arras...).Si le poten�el géothermique du Bassin de Paris est déjà bien contraint (fig.1), compte tenu de la rela�ve simplicité des aquifères profonds ciblés (i.e., la nappe du Dogger), celui de son substratum paléozoïque est encore mal connu, notamment sur le territoire du bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais (BHNPC) (fig.1), fortement déformé et structuré. L’actuel projet de thèse cons�tue la première étape visant à évaluer le poten�el géothermique régional. Il a pour objec�f de mieux contraindre la structure du sous-sol régional et plus par�culièrement des aquifères (épaisseur, extension, géométrie, profondeur), et de définir les propriétés géothermales de ces réservoirs poten�els.

Probléma�que et enjeux

Paris

Lille

Strasbourg

0 100 200 km

BASSIN DE PARISFOSSÉ

RHÉNAN

LIMAGNE BRESSE

BHNPC

Figure 1 : Localisation des zones propices à l’exploitation géothermique profonde dans le nord de la France. Données issues de BRGM, 2016.

Géométrie des réservoirs géothermiques profonds du substratum du Bassin de Paris : la région du bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais

Aurore Laurent1,2 Olivier Averbuch1, Laurent Beccale�o2, Fabien Graveleau1, Frédéric Lacquement2

1 Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (U Lille-ULCO-CNRS) ; 2 BRGM, Direc�on des Géoressources