Les secrets d’une société d’exploration géothermique de nouvelle génération

Mathieu Bellanger – Responsable R&D chez TLS depuis 2014

Y a-t-il un endroit sur Terre qui n’a pas été touché par les humains ?

Connectez-vous aux « TLS Tech Talks » pour accéder aux coulisses du développement de notre outil d’exploration amélioré par l’IA. Nous creusons des milliers de pieds sous la surface de la Terre grâce aux mégadonnées géoscientifiques.

Notre premier épisode présente une conversation captivante avec notre géoscientifique de premier plan, Mathieu Bellanger PhD, nous partageant son parcours et son expertise dans l’exploration géothermique de nouvelle génération.

Depuis l’obtention de son doctorat axé sur la géologie de terrain dans les Alpes occidentales jusqu’à son rôle central chez TLS Geothermics, il partage les défis et les triomphes liés à l’obtention de licences géothermiques et au début des explorations.

En créant des outils géophysiques avancés et des approches innovantes comme l’imagerie 3D, Mathieu et son équipe visent à découvrir des systèmes géothermiques cachés capables de soutenir une production d’énergie à long terme, économiquement viable et sur demande. Cette conversation ne porte pas seulement sur les aspects techniques de l’exploration géothermique, mais également sur la vision d’un avenir où l’énergie propre est accessible et efficace.

Merci d’être avec nous alors que nous explorons des histoires de persévérance, d’innovation et de recherche de solutions énergétiques véritablement durables.

Si vous appréciez cette introduction, restez à l’écoute des parties 2 et 3 de cette conversation.

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Pour ceux qui préfèrent lire, vous trouverez ci-dessous la transcription complète de notre podcast :

Rusty : Bonjour et bienvenue dans l’épisode 1 de TLS Tech Talks. Ici Russ Muscarella et je vous présente Mathieu Bellanger, il est responsable de la R&D chez TLS depuis 2014. Bienvenue Mathieu.

Mathieu : Bonjour, merci pour ces rencontres et l’opportunité de discuter avec vous.

Rusty : Absolument. Parlez-nous un peu de où vous êtes et comment vous y êtes arrivé.

Mathieu : Je suis dans le sud-ouest de la France, près de Toulouse, je vis à la campagne car j’aime être proche des arbres et de la nature. Je travaille pour TLS Géothermie, basée à Toulouse. Je suis géologue d’exploration. Peut-être que je devrais commencer par parler de mon parcours avant de rejoindre TLS.

Rusty : Ça a l’air bien.

Mathieu : Avant mon doctorat, j’ai étudié la géologie à l’Université d’Orléans, avec une spécialisation en géologie de terrain, en géodynamique et en prospection minière. J’ai ensuite réalisé mon doctorat dans la même université, axé sur la géologie de terrain des Alpes occidentales avec une forte composante structurale. Mes recherches impliquaient une discussion sur les processus de construction des montagnes, des travaux approfondis sur le terrain et des mesures en laboratoire telles que la chimie et la radiochronologie pour évaluer le moment de la déformation. Après mon doctorat, j’ai travaillé pendant un an comme enseignant avant de devenir géologue d’exploration en Géothermie. Fait intéressant, je n’avais jamais étudié spécifiquement l’énergie géothermique auparavant ; Je l’ai découvert lorsque j’ai commencé à travailler avec TLS Geothermics.

Mathieu : Lors de mes deux premières années chez TLS Géothermie, je n’étais pas à Toulouse car nous n’avions pas de bureau. J’ai travaillé depuis chez moi dans les Alpes occidentales, étant alors le seul salarié, à partir de 2014. Pendant plus de trois ans, j’ai été le seul salarié, aux côtés du PDG de l’entreprise. A cette époque, notre ambition était d’obtenir une licence géothermique, ce qui en France implique un processus légèrement différent de celui des États-Unis. En France, vous devez demander un permis d’exploration au gouvernement pour prioriser l’exploitation si vous découvrez des ressources. Vous pouvez mener de l’exploration sans cette licence, mais l’avoir vous donne la priorité sur les ressources de la zone ciblée.

Mathieu : Au départ, nous avons commencé notre exploration rapidement. J’ai décidé quel domaine nous allions explorer. Dans un premier temps, nous recherchions des zones en France présentant un potentiel de ressources géothermiques. Pourtant, en 2014, ils n’étaient pas nombreux en France métropolitaine. Une exception est une centrale électrique située dans le Graben du Rhin, dans le nord-est de la France, créée il y a plusieurs décennies à la suite d’une exploration pétrolière et gazière qui a découvert des zones très chaudes. Initialement, ils avaient l’intention d’extraire de l’énergie des roches sèches, mais ont découvert des roches très chaudes avec d’importantes réserves de fluides, ce qui a conduit à la première centrale électrique utilisant des fluides naturels dans la zone de faille, principalement sous le bassin.

Mathieu : Au début de mon travail chez TLS Géothermie, tout était possible. Nous devions créer un flux de travail pour notre exploration, car notre objectif était de produire de l’énergie électrique à partir de l’énergie géothermique dans les zones métropolitaines. Nous nous sommes concentrés sur l’exploitation des systèmes hydrothermaux. Notre intention n’était pas de créer des systèmes trop complexes ou AGS, mais plutôt des systèmes hydrothermaux, potentiellement avec quelques améliorations ou stimulations pour connecter les puits au système géothermique, mais avec une intervention minimale. Nous avons construit notre flux de travail pour identifier les systèmes qui pourraient être extraits pour une valeur économique, dans le but d’être économiquement viables sans aide extérieure. Initialement, le tarif d’alimentation de la géothermie en France était favorable, permettant de cibler des fluides à 150°C à 5 kilomètres de profondeur. Cependant, notre objectif était de suivre les ressources moins profondes en nous basant sur les connaissances que nous avions acquises, ce qui suggérait la possibilité de trouver de telles températures plus près de 3 kilomètres de profondeur.

Rusty : Donc, c’était votre début. Comment avez-vous construit votre processus de workflow ?

Mathieu : Oui, nous avons développé notre processus de workflow en utilisant l’épistémologie et la pensée complexe. Cette approche est cruciale lorsque vous êtes un explorateur effectuant des explorations du monde. Il y a beaucoup d’inconnues, beaucoup de choses que vous ne savez pas. Il est donc essentiel de gérer ce manque de connaissances pour pouvoir identifier les ressources souterraines avec des informations très limitées. Un aspect important pour nous a été d’utiliser l’épistémologie, qui nous a permis de gérer les connaissances que nous avions et aussi de reconnaître ce que nous ne savions pas.

Nous avons construit un flux de travail pour aborder l’exploration, pas de manière traditionnelle. En règle générale, l’exploration commence à partir de manifestations en surface telles que des volcans actifs, des sources ou des puits de pétrole et de gaz. Ce sont les points de départ classiques. Cependant, nous sommes partis d’un modèle conceptuel. Dès le début, nous avons défini quelle combinaison de propriétés de la Terre nous devions réunir pour disposer de ressources géothermiques.

Rusty : Intéressant. Pourriez-vous préciser ceci?

Mathieu : Certes, après avoir défini notre modèle conceptuel, nous l’avons suivi dans différents domaines. Dans notre cas, c’était dans le Massif Central français. Cette région est particulièrement fascinante en raison de son asthénosphère très peu profonde, une fine croûte riche en granite et très radioactive. Ces conditions sont idéales pour la déformation fragile, ce qui est pour nous un facteur essentiel.

Rusty : Vous avez dit transformation fragile ?

Mathieu : Oui, déformation fragile. Cela arrive lorsque vous êtes stressé. Si le matériau est très chaud, vous pouvez avoir une déformation ductile où la déformation est répartie dans tout le matériau. À l’inverse, dans des conditions plus froides, la déformation devient plus fragile, localisée le long des failles ou des ruptures, s’adaptant à la déformation. Cette distinction est cruciale car les déformations fragiles et ductiles ont des propriétés différentes pour les écoulements de fluides. La déformation fragile crée de grands espaces dans divers types de déformation, permettant aux fluides de s’écouler à travers la croûte avec une bonne vitesse. Cependant, à proximité de la transition fragile-ductile ou dans la partie ductile de la croûte, le mouvement de l’eau ou des fluides est différent, avec des propriétés et des vitesses distinctes, ce qui rend l’exploitation des ressources plus difficile.

Certaines personnes traquent ces zones très chaudes à la recherche d’énergie géothermique. Mais le principal défi, malgré les températures élevées, est de permettre aux fluides de s’écouler et d’extraire la chaleur des roches. Il est très difficile de maintenir une ouverture suffisante des structures pour permettre l’écoulement des fluides.

Pour nous, la partie fragile de la croûte est la cible principale des systèmes hydrothermaux, que nous appelons perméabilité.

Rusty : Donc, la perméabilité est essentiellement la capacité du milieu à permettre aux fluides de s’écouler, conduisant à plus de vitesse et moins de pression ?

Mathieu : C’est vrai. La perméabilité est cruciale car elle détermine la facilité avec laquelle le fluide peut circuler dans le milieu. Or, compte tenu de l’évolution des techniques dans le domaine de l’énergie géothermique, il existe plusieurs façons d’extraire la chaleur. On peut utiliser des milieux totalement imperméables, très chauds, et créer des chemins artificiels d’écoulement des fluides pour récupérer la chaleur des roches. Cependant, maintenir la perméabilité entre les puits s’est avéré difficile, conduisant à plusieurs tentatives infructueuses.

Rusty : Pourriez-vous également parler un peu d’EGS ou de systèmes géothermiques améliorés ?

Mathieu : Certes, l’EGS concerne la stimulation du milieu qui a déjà des milieux tendus avec beaucoup de fractures et de failles, et de l’eau naturelle. Mais vous pourriez trouver de la cimentation dans certaines parties de ces systèmes. Pour améliorer l’écoulement naturel des fluides, une stimulation est appliquée, qui peut être chimique, thermique ou hydraulique, pour augmenter la perméabilité. Mais l’EGS est un peu déroutant car il se situe entre les systèmes de roches chaudes et sèches et les systèmes hydrothermaux. Si un système EGS est proche d’un système hydrothermal, vous n’avez pas besoin d’ajouter beaucoup d’énergie pour augmenter la perméabilité : il s’agit plutôt de connecter les puits aux systèmes naturels. Mais les systèmes EGS proches des systèmes de roches sèches chaudes nécessitent une énergie importante pour augmenter la perméabilité.

Rusty : Et qu’en est-il de l’approche AGS ?

Mathieu : L’AGS, c’est une boucle fermée, comme un puits unique avec à la fois injection et production, ou la connexion de deux puits pour faire circuler l’eau. La technologie moderne nous permet de connecter des puits même à de grandes profondeurs. Ces systèmes peuvent extraire de la chaleur, mais de notre point de vue et en termes de coût, ils ne semblent pas être le moyen le plus économique d’extraire la chaleur de la terre. Notre objectif est de rechercher des moyens moins coûteux d’extraire de la chaleur, principalement via des systèmes hydrothermaux.

Rusty : Alors pourquoi est-il plus économique de se concentrer sur les systèmes hydrothermaux ?

Mathieu : Les systèmes hydrothermaux sont plus économiques car ils sont souvent constitués de systèmes très perméables où le fluide s’écoule naturellement, créant des anomalies thermiques. Il existe trois manières de transporter la chaleur : le rayonnement, qui n’est pas très efficace dans le sous-sol, la conduction, qui est un transfert de chaleur dans des milieux solides, et la convection, où l’on transporte de la masse et, avec elle, de la chaleur. La convection est un moyen efficace de transporter la chaleur, en particulier lorsque les fluides circulent naturellement dans la Terre.

Rusty : Ainsi, lorsque des fluides circulent à l’intérieur de la Terre, ils peuvent transporter de la chaleur, mais la convection peut créer des anomalies thermiques, qui peuvent être positives ou négatives. Il est essentiel en exploration d’identifier où se trouvent les flux ascendants et descendants de fluides dans la croûte.

Mathieu : Exactement. Parfois, une zone peut sembler très froide, mais s’il s’agit d’une zone anormalement froide, cela peut indiquer une convection. Et à proximité de ce point, vous pourriez trouver des zones très chaudes. Il ne s’agit pas seulement de trouver de la chaleur ; il s’agit de comprendre le flux des fluides dans la croûte. En conduction, le transfert de chaleur est majoritairement homogène, en fonction de la conductivité thermique des roches. Certaines roches, comme l’argile ou les roches sédimentaires, transfèrent mal la chaleur, mais d’autres, comme le granit, sont d’excellents conducteurs.

Dans les zones de convection, la situation est différente. Aux endroits où le fluide s’écoule, la zone est plus froide en raison de l’afflux de fluides plus froids provenant de la surface. Ces fluides s’échauffent ensuite et se déplacent vers la surface selon des chemins spécifiques, créant ainsi des zones chaudes. Le fluide peut circuler pendant des milliers, voire des millions d’années, chauffant les roches environnantes. C’est une idée fausse que l’on a besoin d’une activité magmatique pour avoir des ressources géothermiques. Nous avons démontré que les ressources géothermiques peuvent être économiquement viables à des températures comprises entre 150 et 250 degrés Celsius et à des profondeurs de 3 à 4 kilomètres, même sans activité magmatique.

Fin de la transcription – Voir l’épisode 1.2 suivant de Tech Talks pour la suite de la transcription.