Forage et autres techniques d'accès à la ressource

Afin de capter l'énergie géothermique, il est nécessaire d'accéder au sous-sol. le matériel nécessaire pour réaliser cette opération dépend du type d'échangeur géothermique choisi.

Accès entre 0 et 10 m de profondeur

Terrassement pour installation d'échangeurs compacts © BRGM Les échangeurs horizontaux, installés entre 0,6 et 1,2 m de profondeur, peuvent être installé en décaissant le terrain. Un entrepreneur de terrassement pourra réaliser ces travaux.

 

 

 

Les échangeurs compacts, installés à moins de 10 m de profondeur, peuvent se faire à la tarière ou au godet. Un entrepreneur de terrassement pourra réaliser ces travaux.

Accès au delà de 10m de profondeur

Les autres types d'échangeurs ( verticaux ou sur aquifère) nécessitent de recourir à la technique de foration.

La technique de foration à retenir pour la réalisation d'un ouvrage dépend de son objectif du forage, des caractéristiques de l’ouvrage et essentiellement de la nature des terrains traversés (terrains meubles, terrains durs, présence de fractures, de cavités).

Ces ouvrages seront tubés et cimentés chaque fois qu’il existera des risques d’effondrement du trou ou bien pour protéger les aquifères traversés.

Les principales techniques sont les suivantes :

  • le marteau fond de trou (MFT) pour des terrains consolidés et des ouvrages à profondeur limitée.
  • la foration rotary à la boue pour des terrains peu stables et pour des ouvrages importants à grande profondeur ou nécessitant des déviations.

Forage marteau fond de trou

Forage marteau fond de trou © ADEME - BRGMLe forage au marteau fond de trou (MFT) utilise la percussion assortie d'une poussée sur l'outil qui se trouve lui-même en rotation.

Cet outillage est actionné par de l'air comprimé (air-lift) à haute pression (10 -25 bars) qui permettra la remonté des déblais de forage.

Un marteau pneumatique équipé de taillants est fixé à la base d'un train de tiges et animé en percussion par envoi d'air comprimé dans la ligne de sonde, d'où le nom de "marteau fond de trou".

C'est un procédé très efficace en terrains durs et homogènes jusqu’à 300 m de profondeur. Il permet une bonne observation des “cuttings” et limite la pollution des zones productrices.
En revanche, il est peu adapté aux terrains non consolidés ou plastiques (sables, argile).

Une technique variante consiste à l'emploi de mousse injectée dans le circuit d'air pour favoriser la tenue des parois et/ou la remontée des cuttings.

Le tubage destiné à équiper le forage est mis en place soit en fin de forage soit au fur et à mesure de la foration à l’avancement.
Cette dernière méthode, dite “à l’avancement” est la seule possible lorsque les terrains ne sont pas suffisamment consolidés.

Forage rotary

Plateforme de forage Rotary © BRGM im@géLa technique du forage Rotary consiste à utiliser un outil qui détruit la roche sous l'effet du poids et de la rotation. Le poids est assuré par un ensemble de tiges lourdes et creuses, assemblées en un train qui achemine sous pression les boues de forage. Celles-ci refroidissent l'outil et assurent le déblaiement du trou. Autour des parois du forage, des tubes sont descendus et du ciment est injecté afin de garantir la tenue des parois du puits, ainsi qu’une protection contre la corrosion mais aussi la protection des nappes d'eau souterraines et leur isolation thermique.

Le forage rotary à la boue est également utilisé pour éviter les éruptions dues à des aquifères artésiens (artésianisme jaillissant, gaz sous pression…).
La foration rotary à la boue pourra être privilégiée dans les cas où le risque d'éruption est grand. Cette technique permet en effet, par augmentation de densité de la boue, de contenir les effets de pressions.

Un autre élément important concerne l’énergie captée :

  • Dans le cas où elle est contenue directement dans les terrains, on réalise une sonde géothermique, qui est un forage non équipé de tube, mais dans lequel on place un échangeur qui sera scellé.
  • Dans le cas de la récupération de la chaleur dans un aquifère, il est nécessaire de réaliser un ouvrage spécifique si les terrains ne tiennent pas (crépine et massif de gravier) et de descendre une pompe pour amener l’eau à la surface (sauf dans le cas d’un puits artésien présentant un débit suffisant pour l’exploitation).

Guide de bonne pratique d’un forage géothermique en aquifère profond en Ile-de-France

Le Direction Régionale et Interdépartementale de Environnement et de l'Energie (DRIEE) a publié début 2016 un "guide des bonnes pratiques d’un forage pour la géothermie en aquifère profond" issu d'un projet porté par l'ADEME et le BRGM.

Les différents travaux de réhabilitation ou de forages de puits géothermiques réalisés ces dernières années ont permis d’accumuler de l’expérience sur les meilleurs techniques ou principes à privilégier pour éviter les dysfonctionnements ou les incidents pouvant remettre en cause la pérennité des ouvrages.

De nouvelles techniques et de nouveaux matériaux ont également été utilisés.

C’est pourquoi, les organismes impliqués dans le développement de la géothermie sur aquifères profonds (ADEME, AFPG, AgéMO, BRGM, DRIEE et SAF-Environnement) ont décidé de procéder à un retour d’expérience le plus complet possible, à partir des travaux effectués lors de nouvelles opérations géothermiques ou à l’occasion de la réhabilitation d’anciennes opérations.

Ces travaux ont fait l’objet d’analyses détaillées qui ont conduit à la réalisation de fiches techniques récapitulant les principales règles de l’art relatives à la construction de forages géothermiques exploitant des aquifères profonds (Albien, Néocomien et Dogger), parfois avec un éclairage nouveau issu de la mise en œuvre de nouvelles technologies, de nouveaux matériels ou matériaux.

Certaines règles, procédures et recommandations mentionnées dans ces fiches, longuement débattues avec tous les organismes ou entreprises des divers secteurs de la profession, seront prises en considération dans l’analyse des dossiers de demande d’aides de l’ADEME dans le cadre du Fonds Chaleur et des demandes de garanties présentées à la SAF Environnement ainsi que lors de l’instruction des demandes d’autorisation de travaux ou d’exploitation par la DRIEE.

Ce guide doit être mis à jour régulièrement.

Il est téléchargeable ici, sous forme de fiches individualisées.

Il est également accessible sur le site internet InfoTerre à l'adresse suivante : http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-65443-FR.pdf.

 

(2016-2018) GUIDOCLAST

Ce guide vise à "dérisquer" les opérations à venir et à rassurer les opérateurs susceptibles d’explorer puis exploiter ce type de réservoir, alternatif au Dogger, et plus complexe que ce dernier, tant du point de vue de la productivité que de l’injectivité.

Pour en savoir plus, lire notre actualité dédié au projet.

Technique de forage particulière: le doublet géothermique profond

Si l'eau contenue dans le réservoir exploité est peu chargée en sel dissous, son évacuation ou son utilisation pour d'autres usages, pourra se faire en surface sans gêne pour l'environnement. C'est le cas des forages géothermiques réalisés en Aquitaine.
Si l'eau de l'aquifère exploité est chargée en sel minéraux, et que sa valorisation n'est pas compatible avec les normes environnementales, il y a nécessité de réinjecter le fluide dans sa nappe d'origine (c'est le cas de la nappe du Dogger). Son exploitation nécessite donc deux forages, un forage de production et un forage de réinjection, c'est la technique du doublet. Pour des raisons évidentes d'exploitation, les impacts des forages au niveau du réservoir doivent être éloignés d'une certaine distance (de l'ordre du kilomètre pour les opérations au Dogger du Bassin parisien). Différentes configurations de doublets sont possibles.
Une plate-forme de forage nécessite une emprise au sol de 7 000 à 8 000 m2. En zone urbaine, ilest nécessaire de disposer d'appareils de forage compacts pour limiter l'emprise au sol, et silencieux pour pouvoir travailler jour et nuit avec le minimum de nuisances pour les riverains, pendant les travaux.

Différentes formes de doublets © BRGMLa réinjection de l'eau géothermale est indispensable pour protéger l'environnement et aussi pour garantir la pérennité de la ressource. Afin de ne pas refroidir le réservoir, les puits d'exploitation et de réinjection doivent se trouver à une certaine distance l’un de l’autre, ce qui impose souvent la création d'une nouvelle plate-forme de forage. Pour éviter les nuisances provoquées par ces différents chantiers, notamment en milieu urbain, ou encore lorsque le terrain manque on peut installer des puits dont la trajectoire dévie dans le sous-sol (puits déviés). Une seule plate-forme de forage suffit alors pour positionner les puits de production et d’injection. La France est le premier pays à avoir généralisé la technique du doublet

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