La résonance magnétique nucléaire pour mesurer la perméabilité des réservoirs géothermiques

L’Ile-de-France est l’une des régions du monde concentrant le plus d'unités de production géothermique alimentant des réseaux de chaleur, avec une cinquantaine d’installations. Mais, près de la moitié de la chaleur produite dans les réseaux de chaleur reste d’origine fossile. Afin d’atteindre la neutralité carbone, notamment des zones urbaines, le déploiement de la géothermie semble indispensable. Dans le Bassin de Paris, l’aquifère du Dogger étant intensivement exploité, l'objectif d’augmenter l’énergie géothermale passe par une très bonne connaissance géologique de ce réservoir profond (environ 1500 m) dans le but d’optimiser son exploitation.

Dans cette optique, un outil diagraphique, basé sur la mesure de la résonance magnétique nucléaire (RMN) du milieu poreux naturel, a récemment été déployé dans plusieurs forages géothermiques par une équipe de recherche qui implique des scientifiques du CNRS. Le but est de fournir une estimation continue de la perméabilité dans l'ensemble du réservoir.

L’hétérogénéité des faciès calcaires et la structure complexe des pores dans ce calcaire rendent l’interprétation du signal en perméabilité parfois hasardeuse. Une calibration de la mesure du signal RMN pour ces calcaires a donc été entreprise. Le signal RMN, temps de relaxation T2 en ms, de 72 échantillons calcaires provenant de carottes d’un puits géothermique de référence, a été mesuré en laboratoire. La perméabilité à l'eau de chaque échantillon a également été mesurée et des observations pétrographiques sur lame minces ont été effectuées.

Les 3 faciès sédimentaires identifiés ont un signal RMN bien distincts. Pour le faciès oolithique, ayant de très bonnes qualités réservoirs, la perméabilité est presque indépendante de la porosité, la perméabilité étant stable à presque 1 Darcy pour des porosités variant de 12% à 22%, ce qui illustre la difficulté bien connue de prédire la perméabilité dans les lithologies carbonatées. En revanche, notre méthodologie permet de prédire la perméabilité en mesurant le temps T2 (en ms) de la RMN. Cette relation offre une opportunité unique de mesurer, avec une sonde RMN, la perméabilité dans le réservoir carbonaté du Dogger avec une très bonne précision.