BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
B.P. 6009 - 45060 Orléans Cédex - Tél.: (38) 63.80.01
SXIÉTÉ NATIONALE POUR L'APPLICATION DE LA GÉOTHERMIE GÉOCHALEUR
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INVENTAIRE VES RESSOURCES GEÛTHERmQUES VANS LE PEPARTEMEMT VE L'ALLIER pa/L
J. GABLE -J.C. FOUCHER - F. BATARP
80S6N390AUV jiUn i9S0
Service géologique régional AUVERGNE 22, avenue de Lempdes, 63800 Cournon d'Auvergne Tél.: (73) 84.80.83 u M
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A la danande de la Société Nationale pour l'application de la géothermie Geochaleur, le B.R.G.M. (Service géologique régional Auvergne et département Géothermie) a effectué un inventaire des possi¬ bilités géothermiques du départanent de l'Allier.
Le recueil, l'analyse et la ré interprétation des données obtenues au cours des sondages pétroliers ont permis de préciser la répartition des différants niveaux aquifères en profondeur, dans la Limagne bourbonnaise. Les Cciractéristiques hydrodynamiques des niveaux réservoirs (telles la porosité, la perméabilité) ont été précisées, ainsi que la tençérature possible des différents niveaux aquifères.
Une synthèse des données hydroninérales et thermales du département de l'Allier a été effectuée. SOMMA I RE
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JNYWDüCIlOtí
1. COÍTEXTE GEOLOGIQUE ET CADRE GEOGRAPHIQUE DE L'ETUDE
2. LES RESSOURCES GEOTHERMIQUES DE LA LIMAGNE BOURBONNAISE 2.1. Définition des réservoirs 2.1.1. Contexte géologicjue structural 2.1.2. Puissance du Stanpien inférieur détritique 2.1.2.1. Epaisseur 2.1.2.2. Profondeur au toit 2.2. Qualités des niveaux réservoirs 2.2.1. Géanétrie et épaisseurs utiles 2.2.2. Température 2.2.3. Résultats des essais 2.2.4. Perméabilité - porosité 2.2.5. Hydrochimie
3. RESSOURCES EN EAUX MINERALES DU DEPARTEMEIOT DE L'ALLIER 3.1. Région de Vichy-St Yorre 3.1.1. Eaux minérales très chaudes - T^ 40°C 3.1.2. Eaux minérales chaudes - 40 j^ T i;^ 20 °C 3.1.3. Eaxox minérales froides 20°C ^ T ^ 12°C 3.2. Bourbon-1 'Archambault 3.3. Néris-les-Bains 3.4. Jenzat 3.5. Région de Montluçon 3.6. Contxaintes liées aux sources ou groupe de sources possédant des actes administratifs
4. CONCLUSICN
<- INTROVUCTION
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Par conventicn en date du wois de mai 1980, la Société Nationeile pour l'application de la géothermie Géochaleur a chargé le Service géologique régional Auvergne d'établir l'inventaire des ressour¬ ces géothermiques dans le département de l'Allier. Ces ressources peuvent être recherchées, soit dans les formations sedimenta i res (Limagne Bour¬ bonnaise) : existence de niveaux aguifères dans les formations poreuses du Stanpien inférieur détritique, soit dans les régions cristallines où existent des sources thermales.
L'étude des ressources géothermiques en Limagne Bour¬ bonnaise a nécessité :
- le recueil , l'analyse et la synthèse de la documentation existante dans le secteur,
- la réinterprétation des données pétrolières (corrélations des niveaux géologiques et aquifères, diagraphies...), avec l'objectif ressources géothermiques,
- la définition et l'ancilyse des différents niveaux réservoirs du Stampien détritique (géanétrie, continuité , lithologie . . . ) ,
- l'aneilyse des caractéristiques hydrodynamiques de ces niveaux (perméabilité, porosité, taqpé- rature...) et physico-chimiques des eaux (salinité, présence de gciz . . . ) ,
- le recueil, l'analyse et la synthèse des données géothermales dans les zones cristallines du département de l'Allier.
Cette étude a été réalisée oonjointanent par le département Géothermie (R. Gable, J.C. Foucher) et le Service géologique régioncil Auvergne (F. Bâtard) .
+ + + 1. GOIÏÏEXTE GEOLOGIQUE Eï CADRE GEOGRAPHIQUE DE L'ETUDE
A l'Oligocène, d'importantes dislocations affectent les massifs hercyniens, donnant naissance à des bassins d'effor^iranent.
Ces bassins sont, pour l'essentiel, en Auvergne, les limagnes : Limagne de Brioude et d' Issoire au Sud, Grande-Limagne ou Limagne de Clermont-Ferrand et Limagne bourbonnaise au Nord. Cette dernière constitue la zone sédimentaire principale du département de l'Allier (annexe 1) .
Des sédiments, généralement lacustres, d'âge oligocène, remplissent ces bassins d'effondrement limités à l'Est et â l'Ouest par de grandes failles bordières au contact du socle cristallin. Leur profondeur peut être iiiportante (2.500 m dans la fosse de Rion) . Cette profondeur est moindre dans le secteur étudié (1,200 m dans la fosse située entre Vichy et Gannat - fig. 1) .
Les sédiments qui se sont déposés dans ces fosses peuvent constituer des réservoirs aquifères principalement dans le Stampien infériarr détritique. Ce sont des niveaux sableux ou calcaire. Les forages d'exploration pétrolière n'y ont pas trouvé de gisenents d'hydrocarbures en raison de conditions sedimenta i res peu favorables à leur accumulation.
Les réservoirs, lorsqu'ils existent, sont envahis généralement par de l'eau douce. Outre ces ressources géothermales possibles dans le sédimentaire, existent les émissions d'eaux thermales dans la zone du Bourbonnais cristallin (fig. 1)
2. LES RESSOUReS GEOTHERMIQUES DE LA LimGNE BOURBONNAISE
2.1. DÉFINITION DES RÉSERVOIRS
2.1.1. CONTEXTE GEOLOGIQUE STRUCTURAL
Il est défini dans ses grands traits à partir de l'analyse des données issues des forages d'exploration pétrolière (RAF 1959-1960) et des canpagnes de sismique réflexion effectuées (RAP 1958- 1962) .
Les forages consultés (leur position est indiquée sur l'annexe 1) sont Moulins lOl, 102 et 103, Barberier 101 et Brout-Vemet 101, dans le département de l'Allier et Aigu^jerse dans le Puy-de-Dôme (situé à 10 km au Sud de Gannat) .
La carte des isobathes du "socle" présentée (fig. 1) s'appuie sur les résultats des campagnes gravimétriques (BRP 1953) et sismique (RAP) et des résultats forages (1959-1960) . Nous l'avons conplétée en ajoutant les isobathes du socle cristallin sous le bassin d'Ebreuil obtenu par C. Hérisson. .7S0 Isobathe exprimée en mètre Í rét . mer!
#-«03 Profondeur du socle donnée par les forages
Failles.
ne. 1 : ISORAHES DU "SOCLI;" (geophys ique) Echelle : 1/260 000 Dans la partie sud du secteur étudié apparaît une fosse allongée N.B., profonde de 1.250 m (réf. mer). Elle est limitée, à l'Ouest principalement et à l'Est en partie, par des failles de même direction. Une fosse de moindre importance, moins bien définie, se situe entre les forages de iVloulins 101 et 102. A l'Est d'une ligne passant par Varennes-sur-Allier/ Vichy, les informations sur la profondeur du socle n'existent plus.
La faille d'Aigueperse/St Pourçain-sur-Sioule provoque une remontée importante du socle à l'Ouest. Tous les forages cités précédotment ont atteint le socle après avoir traversé l'Oligocène. La carte d'isobathe du "socle" permet ainsi d'avoir une idée de 1 ' iirportance du reirplissage oligocène. Son épaisseur est certainement maximale dans la fosse située antre Vichy et Gannat. Toutefois, on ne connaît pas la nature de la sédiment tation dans cette fosse car les forages sont inplantés sur les structures hautes déduites de l'examen des ancmalies gravimétriques.
A partir de l'analyse des logs géologiques pétroliers et des enregistrenents diagraphiques, une coupe géologique schématique est présentée en annexe (annexe 2) . Si les corrélations sont certaines entre les forages de Moulins 101, 102 et 103, elles sont moins aisées â définir entre ces derniers forages et Barberier 101 et Brout-Vemet 101 situés à l'Ouest de l'accident Aigueperse/St Pourçain. En effet, ces deux derniers forages sont situés dans une zone correspondant au golfe d'Ebreuil, dont la présence a eu une influence certaine sur la sédimentation. L'épaisseur des sédiments dans ce secteur est très réduite.
2.1.2. PUISSANCE DU STAMPIEN INFERIEUR DETRITIQUE
2. 1 .2.1 . Epa¿i4itUA
La carte des épaisseurs du détritique (fig. 2) établie à partir de l'analyse des logs géologiques pétroliers, diagraphies et carte d'isobathe du "socle" présente une hypothèse possible de l'épaisseur des formations détritiques du Stanpien inférieur au sein desquelles peuvent exister des réservoirs aquifères.
Les épaisseurs sont très réduites à l'Ouest de la faille d'Aigueperse/St Pourçain.
Dans la fosse située entre Vichy et Gannat, la sédimentation détritique pourrait être importante (supériaire à 400 m) . Il en serait de même entre les forages de Moulins 101 et 102 au Nord.
Le forage d'Algueperse a traversé 433 m d'épaisseur de Stampien infériaor détritique.
2./. 2. 2. PfLo{¡ondtu/L au to¿t
Une carte du toit (réf. mer) de ces sédiments est présentée en figure 3. o
FPAISSF.UR DU STAMPIEN' INTHRIEUR DETRITiaiI Echelle : 1/250 000 FIG. 3 : TOIT DU ST..\MriF:.\ INHiRIElIR DETRITIOinE (réf. ner) Echelle : 1/250 000 2.2, QUALITÉS DES NIVEAUX RÉSERVOIRS
2.2.1. GEOMETRIE ET EPAISSEURS UTILES
L'analyse des diagrapinies électrique (polarisation spontanée et résistivité) et nucléaire (Ganma Ray-neutron) a permis de situer au sein des formations starapiennes, les niveaux réservoirs. Ces niveaus sont sableux ou calcaires.
Quatre niveaux (coupe annexe 2) plus ou moins continus sont différenciés entre Moulins 103, 102 et 101. Un niveau réservoir continu existe à la base du Stampien inférieur détritique.
Deux niveaux seulement sont distingués entre les forages de Barberier et Brout-Vemet. Par contre, entre les forages de Brcxit-Vemet et Aigueperse 101, on ne peut émettre cjue des hypothèses sur l'existence ou non de niveaux aquifères.
Une carte des épaissaors utiles obtenues en cumulant l'épais¬ seur des différents niveaux réservoirs est présentée (fig. 4) . L'épaisseur maximale cumulée est voisine de 200 m entre Moulins 102 et 101. Elle pourrait être supérieure dans la fosse entre Vichy et Gannat, mais on ne connaît pas la nature du reirplissage sédimentaire.
2.2.2. TEMPERATURE
Normalement, les températures enregistrées au cx)urs des essais de formation sont représentatives, malheureusement, aucune donnée de ce type n'a pu être collectée. L'information existante est unicjuement relative aux mesures obtenues en fond de forage à l'aide d'un thermomètre à maxinum au moment de l'exécution des diagraphies électricjue ou nucléaire.
Ces données sont cxjnsignées dans le tableau ci-dessous.
1 Il TEMPERATURE PROFCMDEUR TEMPARATORE GRADIENT ¡| " FORAGES (°C) (m) CORRIGEE GECTHERMIQUEII
;; Moulins 103 47 886 60 5,6 ii ;; Moulins 102 36 647,4 43 5,1 II ;; Moulins 101 41 673,9 50 5,9 II " Barberier 101 32 367,5 32 6,0 II " Brout-Vemet 101 38 392,4 38 7,0 II Il Aigueperse 101 45 965,1 60 5,2 II
Après correction de ces mesures de tuipérature (bib. 2) le gradient géothermicjue moyen est calculé pour chaque puits (cf tableau ci-dessus) . on des
FIG^ : EPAISSEURS CUMULEES DE DIFFERENTS NIVEAUX RESERVOIRS (ép. utiles) Echelle : 1 / 250 000 Les valairs les plus élevées s'observent à Barberier 101 et Brout-Vemet 101, oû le toit du socle est le plus proche de la surface.
Une carte isotherme (fig. 5) a été établie au toit du Stanpien détritique, en prenant un gradient géothermique égal à 5°C/100 m pcxir l'ensanble de la zone étudiée. Cette carte indique, notanment du fait de la profondeur retenue (toit du Stanpien détritique) , les tenpératures minimales cjue l'on peut atteindre au toit des réservoirs.
Sur la coupe des réservoirs (annexe 3) , une échelle des températures pern>et de calculer une tenpérature possible au niveau des différants acjuifères. A Moulins 103, la taipérature moyenne du réservoir le plus profond serait de 50 °C environ et de 25 °C pour le niveau réser¬ voir supérieur.
2.2.3. RESULTATS DES ESSAIS
Le tableau ci-^rès résume les résultats des essais effectués dans les puits de Moulins 101, 102 et 103.
La caiparaison de ces résultats avec les niveaux réser¬ voirs (cf annexe 3) cjue nous avons retenus montre :
Niveau réservoir 1
Tous les tests réalisés à ce niveau ont montré des venues d'eau
Moulins 101 :
2,2 m3 an 1 h 20' antre 392,5 et 406,7 m ;
Moulins 102 :
1,6 m3 en 1 h 10' entre 308,2 et 322,0 m ;
Moulins 103 : test colmaté réalisé au-dessus du niveau réservoir 1.
Niveau réservoir 2
Il a été testé unicjuement à Moulins 102, entre 407,2 et 421,0 m, avec une venue de 1,8 m3 d'eau en 0 h 20'.
Niveau réservoir 3
N'a pas été testé.
Niveau réservoir 4 Testé sur 9 m dans sa partie supérieure à Moulins 103 (810,4 - 824,4 m), mais fuite au paciter. Echelle : 1/250 000 FIG. 6 - TABLEAU DES RESULTATS DES ESSAIS (puits de Barberier 101 et Brout-Vemet 101)
ZONE RESULTATS FORAGE TECHNIQUE DUREE OBSERVATIONS ESSAYEE OBTENUS
318,60 m DST Open Hole 1 h + 0 h 30' PV Test colmaté 332,60 m 317,20 m Fuite au packer puis colma¬ MDULINS 101 DST Open Hole 1 h + 0 h 30' PV 332,60 m tage du tester 0 h 30'-(- 0 h 30' 810,40 m Fuite au packer Pression vierge non réussie PV 824,40 m
Recueilli dans les tiges 1 h 10'+ 0 h 30' 308,20 m Pression vierge DST Open Hole 1650 1 d'eau douce (sal = PV 332,00 m 33 kg/an2 0, 2 gr/1) Venue dans les tiges de 0 h 20' + 0 h 30' 407,20 m MXILINS 102 DST Open Hole 1800 1 d'eau douce (sal = PV 421,00 m 0,5 gr/1)
1 h 20' -H 0 h 30' 488,70 m DST Open Hole Test sec. PV 502,70 m
Venue dans les tiges de 1 h 20' + 0 h 15' 392,50 m MOULINS 103 DST Open Hole 2300 1 d'eau douce (sal = Pression vierge 41 kg/an2 406,70 m PV 0,45 gr/1 Le tableau ci-après résume les résultats des essais effectués dans les puits de Barberier 101 et Brout-Vemet 101.
Deux niveaux réservoirs ont été distingués entre Brout Vemet et Barberier lOl. La série stanpienne y est extrêmement réduite (probablement de cjualité médLocxe) et le plus souvent argileuse. La majorité des essais n'a pas abouti, du fait c3u colmatage au niveau du tester.
Le seul test réussi intéresse le réservoir inférieur à Barberier 101 : 0,9 m3 en 3 h 30' . Ces résultats sont médiocres.
2.2.4. PERMEABILITE - POROSITE
Des mesures de perméabilité et porosité ont été faites unicjuement sur des carottes des puits Moulins 102 et 101.
MOULINS 102 MOULINS 101 RESERVOIR I Cote m $ % I k mD Cote m ; i> % ; k mD I . . I I I I I I I Réservoir 1 Pas de mesures Pas de mesures
415,5 8,5 0,09 I I RéservoJLr 2 Pas de mesures 418 14,5 0,12
497 22,0 0,5 4^3 26 Réservoir 3
498 25,0 0,6 494 i 23 I I i" I t Réservoir 4 Pas de mesures Pas de mesures
Les résultats sont cxansignés dans le tableau ci-dessus. Ils intéressent surtout le niveau réservoir 3.
2.2.5. HYDROCHIMIE
Dans les cas où les essais se sont conclus par des venues d'eau, la salinité de l'eau est inférieure à 0,5 g/l. Aucune présenc:» de gaz, cxmbustible ou non, n'a été décelée. Par cx)ntre, en ce cjui concer¬ ne le forage d'Algueperse 101 (Puy-de-DQme) , la présence de gaz a été observée, ainsi cjue des traces de bitume. La salinité de l'eau peut atteins dre 1 g/l (tests unicjuement dans le Stanpien infériaor lagunaire) . FIGURE 7 - TART .FAU DES RESULTATS DES ESSAIS (puits de Barberier 101 et Brout-Vemet 101)