Travaux de reconnaissance géologique et de prospection de gaz dans les sols appliqués à l ...

64 Pages·2005·11.26 MB·French

Travaux de reconnaissance géologique
et de prospection de gaz dans les sols
appliqués à l'exploration géothermique
de la région de Bouillante,
en Guadeloupe
Rapport final
BRGM/RP-53446-FR
octobre 2004

Travaux de reconnaissance géologique
et de prospection de gaz dans les sols
appliqués à l'exploration géothermique
de la région de Bouillante,
en Guadeloupe
Rapport final
BRGM/RP-53446-FR
octobre 2004
Étude réalisée dans le cadre du projet de recherche Géothermie
Haute Enthalpie dans les DOM (GHEDOM) - ENER-04 et suivant
la convention n° 02 05 035, établie entre le BRGM et l'ADEME
B. Sanjuan, A. Genter, J-Y. Roig, P. Patrier, D. Beaufort, S. Bes de Berc,
M. Brach, J-C. Foucher
Vérificateur : Approbateur :
Original signé par : Original signé par :
Hervé TRAINEAU Anne-Marie FOUILLAC
Mots clés : Bouillante, Guadeloupe, Potentiel géothermique, Géologie structurale, Faille,
Altération hydrothermale, Anomalies, Gaz dans les sols, Hélium, Profil.
En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :
Sanjuan B., Genter A., Roig J-Y, Patrier P., Beaufort D., Bes de Berc S., Brach M.,
Foucher J-C. (2004)  Travaux de reconnaissance géologique et de prospection de gaz dans
les sols appliqués à la région de Bouillante, en Guadeloupe. Rapport BRGM/RP-53445-FR,
61 p., 2 tabl., 15 fig., 1 ann.
© BRGM, 2005, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.
Travaux de reconnaissance géologique et de prospection gaz des sols dans la région de Bouillante
Synthèse
C ette étude, réalisée dans le cadre du projet de recherche Géothermie Haute
Energie dans les DOM (GHEDOM, ENER-04) et suivant la convention n° 02 05
035, établie entre le BRGM et l’ADEME, a pour but de valider et d’adapter des
méthodologies de prospection géologique et géochimique de surface dans le domaine
de l’exploration géothermique appliqué à un contexte insulaire et volcanique, comme
celui des DOM, afin de réduire les risques d’échec, lors de la réalisation de forages.
Ce travail fait suite à des études de synthèse préliminaires dans ces domaines,
réalisées également par le BRGM, dans le cadre du projet GHEDOM. Il vient compléter
les études faites par le BRGM dans les domaines de la géophysique et de
l’hydrogéologie. Le produit final recherché est un guide en la matière, qui repose sur
une stratégie optimale quant à la mise en œuvre de ces outils dans un contexte tel que
celui des DOM. Dans une optique d’expansion régionale, on sera, ainsi, en mesure
d’optimiser les phases d’exploration et de quantification de ressources géothermiques.
Les méthodes de prospection sélectionnées en géologie et en géochimie (fracturation,
altérations hydrothermales, prospection de gaz dans les sols) ont été testées et
validées sur le champ géothermique de Bouillante, localisé en Guadeloupe, et dont on
sait qu’une ressource géothermique, relativement importante, existe. Ce champ
constituait, donc, un excellent site d’étude.
Les travaux de géologie terrain ont consisté à faire une analyse structurale du sud vers
le nord de la baie de Bouillante, en partant de Duché au sud jusqu'à la Pointe de
Malendure au nord. Les relevés et observations ont été principalement concentrés sur
la côte ouest de Basse-Terre et le long de la route N2, sub-parallèle à la côte, où les
affleurements sont de meilleure qualité. Parallèlement, des tentatives d’observations
géologiques dans les séries volcaniques anciennes des Pitons de Bouillante ont été
réalisées en parcourant des ravines. Ces reconnaissances permettaient
potentiellement d’observer les directions de fracturation anciennes dont certaines ont
été mises en évidence par la géophysique marine (Thinon et al., 2004). Les
250 mesures structurales réalisées sur le terrain montrent que :
- la déformation cassante correspond principalement à l’association spatiale de
structures en mode 1 et 2. Les structures en mode 1 correspondent à des fractures
ou des fentes d’épaisseur mm à cm parfois colmatées de dépôts hydrothermaux.
Celles en mode 2 correspondent essentiellement à des failles normales montrant
des rejets cm à pluri-métrique. L’ensemble des structures montre des pendages
sub-verticaux ;
- les failles aux rejets verticaux les plus importants ne montrent pas d’indices
d’activité hydrothermale fossile (absences de dépôt ou de halo) ni de sources
thermales importantes à leur voisinage. Les rares dépôts intra-fractures
correspondent à des phases caractérisant les conditions de surface d’altération
météorique ;
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Travaux de reconnaissance géologique et de prospection de gaz des sols dans la région de Bouillante
- la faille la plus clairement associée aux manifestations hydrothermales ou faille de
Marsolle correspond davantage à un couloir de fracturation (absence de critères
cinématiques) orienté N100E avec de l’altération hydrothermale associée (smectite,
I/S, zéolites). Par analogie avec ce qui est connu dans les forages de Bouillante
(BO-5 à BO-7), la présence de smectite dioctaédrique et d’interstratifiés I/S, suggère
des remontées de fluides hydrothermaux le long de ces failles. Le prolongement en
mer de la faille de Marsolle orientée N100E correspond à des sources thermales.
Parallèlement, la fracturation observée aux stations 10 (proche de la station de
pompage de la centrale) et 14 (Pointe Marsolle), montre la coexistence de plusieurs
directions de fracturation caractérisant des faciès de type brèche ayant une très
forte cataclase mise en évidence par une densité de fracturation élevée, et une
altération intense dans la masse sous forme d’hématisation.
La direction de fracturation majeure pour les quelques 250 structures mesurées est
autour de N100E avec un plongement sud dominant. Cette direction serait compatible
avec un régime extensif parallèle à l’arc selon une direction NNE comme cela a déjà
été envisagé par d’autres auteurs (Feuillet et al., 2001). Il existe d’autres directions de
fracturation (N30E, N140E) plus dispersées dont certaines affectent les formations
anciennes du substratum (Thinon et al., 2004 ; Sanjuan et al., 2004a). Cette double
structuration reflète l’interaction entre le système de la faille lié à l’accident de
Montserrat et celui du système terrestre de Bouillante.
Les travaux de reconnaissance de gaz dans les sols (CO , CH , O , He) permettent de
2 4 2
mettre en évidence ou de confirmer des zones de fuites de gaz d’origine profonde, qui
proviennent d’accidents tectoniques majeurs et suggèrent la présence d’une anomalie
thermique importante, en profondeur. Il faut signaler, cependant, que les résultats
obtenus par prospection de gaz dans les sols ne sont pas toujours indicateurs de
présence d’eau géothermale. Ces résultats peuvent également indiquer l’existence
d’une faille soupçonnée mais non observée.
Au cours de cette étude, cinq profils de mesures de gaz dans les sols (120 points, au
total) ont été réalisés pendant la saison sèche (avril et juillet 2003), afin de minimiser,
au maximum, l’effet des perturbations atmosphériques sur les mesures. L’un des
profils, passant près de la zone actuelle de production géothermique, a été choisi pour
valider le bien fondé de la méthodologie de prospection et acquérir des mesures
anomaliques de référence. Les autres profils, dont certains ont été implantés sur des
zones, qui indiquent un fort potentiel géothermique (Anse Marsolle, Pointe à Lézard),
ou sur des zones, qui avaient montré des anomalies en hélium antérieurement
(Caféière - Birloton), ont plutôt été choisis pour tester et valider cette méthodologie.
À l’issue de cette étude, on peut conclure que la prospection de gaz dans les sols, et
notamment l’analyse de l’hélium, est un bon outil pour détecter des fuites de gaz
d’origine profonde sans avoir recours à un quadrillage très resserré. Ces fuites
permettent de confirmer l'existence de structures tectoniques majeures susceptibles de
représenter des zones de circulation de fluides géothermaux et donc, des réservoirs
potentiels (exemple des profils de Thomas - Pointe de l’Ermitage, Anse Marsolle,
Pointe à Lézard). Les analyses de CO ou de CH semblent beaucoup moins
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pertinentes, mais associées à des analyses isotopiques de carbone-13, elles peuvent
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servir à confirmer les anomalies trouvées en hélium. Dans ces exemples-là, la
prospection de gaz dans les sols sert, surtout, à confirmer un potentiel géothermique,
mis en évidence par d’autres techniques d’exploration (géochimie des eaux ou
géophysique).
L'analyse des gaz dans les sols peut aussi être mise en œuvre dans les zones où les
travaux d'exploration de surface n'ont pas permis de conclure sur l'existence ou non de
failles perméables (exemple des profils Sanatorium ou Birloton), soit en raison de
mauvaises conditions d'affleurement, soit en raison de la complexité de la zone. Pour
ces zones, l'absence d'anomalies de gaz dans les sols, malgré la réalisation d'un
maillage relativement resserré, n'apporte pas beaucoup plus d'informations sur leur
potentiel géothermique.
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Sommaire
1. Introduction.............................................................................................................11
2. Reconnaissance géologique.................................................................................13
2.1.INTRODUCTION...............................................................................................13
2.2.EXPLORATION GÉOLOGIQUE SUR LE TERRAIN.........................................14
2.2.1.Les formations géologiques de Bouillante................................................14
2.2.2.Mesures structurales................................................................................14
2.3.ALTÉRATIONS HYDROTHERMALES..............................................................24
2.3.1.Les altérations à Bouillante......................................................................24
2.3.2.Matériels et méthodes..............................................................................24
2.3.3.Minéraux d’altération................................................................................27
2.3.4.Interprétation............................................................................................32
2.4.COMPARAISON AVEC LA SISMIQUE.............................................................33
2.5.SYNTHÈSE SUR LA FRACTURATION............................................................33
3. Prospection de gaz dans les sols.........................................................................35
3.1.INTRODUCTION...............................................................................................35
3.2.MESURES DE GAZ DANS LES SOLS (CO , CH , O , HE) ET ANALYSES
2 4 2
COMPLÉMENTAIRES.......................................................................................36
3.2.1.Intérêt de la méthodologie utilisée............................................................36
3.2.2.Campagnes de mesures (avril et juillet 2003)..........................................37
3.3.RÉSULTATS ET INTERPRÉTATION................................................................41
4. Conclusion..............................................................................................................47
Bibliographie ...............................................................................................................49
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Travaux de reconnaissance géologique et de prospection de gaz des sols dans la région de Bouillante
Liste des figures
Figure 1 - Carte géologique simplifiée du secteur de Bouillante, Guadeloupe.......................15
Figure 2 - Diagrammes polaires et cyclographiques des données de fracturation
relevées dans le domaine côtier du secteur de Bouillante reportés sur fond
topographique IGN ©, Projection de Schmidt, hémisphère inférieur......................17
Figure 3 - Photographies de terrain de la baie de Bouillante avec sur la droite, la
Pointe à Lézard (a), de la centrale géothermique de Bouillante (b), d’un
bloc de brèche fracturée hydrothermalisée situé en bord de mer (c) et d’un
réseau de veines à smectite situées derrière la centrale (d)..................................19
Figure 4 - Diagrammes d’isodensités des pôles des données de fracturation relevées
dans le domaine côtier du secteur de Bouillante reportés sur fond
topographique IGN ©, Projection de Schmidt, hémisphère inférieur......................21
Figure 5 - Photographies de terrain du secteur de Bouillante montrant des failles
normales à Pointe à Sel (a, b), un couloir fracturé hydrothermalisé à
Marsolle (c, d) une faille à rejet normal au sud de Thomas (e) et les petites
failles normales visibles à Anse à Sable (f)............................................................23
Figure 6 - Répartition des altérations hydrothermales dans le secteur de Bouillante
reportés sur fond topographique IGN ©..................................................................25
Figure 7 - Diffractogrammes sur lame orientée (fraction < 5 µm) montrant les
réflexions des smectites pour la station 11.............................................................28
Figure 8 - Spectres de diffraction de rayons X sur lame orientée des échantillons
prélevés aux stations 17, 10, 13a et 14. Traitement naturel...................................29
Figure 9 - Spectres de diffraction de rayons X sur lame orientée des échantillons
prélevés aux stations 17, 10, 13a et 14. Traitement glycolé...................................29
Figure 10 - Spectres de diffraction de rayons X sur lame orientée des échantillons
prélevés aux stations 21, 23, 23d et 2. Traitement naturel.....................................31
Figure 11 - Spectres de diffraction de rayons X sur lame orientée des échantillons
prélevés aux stations 21, 23, 23d et 2. Traitement glycolé.....................................32
Figure 12 - Carte de localisation des points de mesures de gaz dans les sols, dans la
région de Bouillante, au cours des deux campagnes de mesure d’avril et
juillet 2003 (5 profils - 120 points de mesures)......................................................38
Figure 13 - Schéma du dispositif de prélèvement et de mesures des gaz...............................40
Figure 14 - Carte indiquant les anomalies d’hélium dans les sols de la région de
Bouillante................................................................................................................42
Figure 15 - Carte indiquant les anomalies d’hélium dans les sols pour les profils n° 2
et 3 (Marsolle - Pointe à Lézard).............................................................................43
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