Technischer Bericht NTB 92-03

Dans le champ de prospection géothermique de Burgdorf on a foré, sur une aire de 14 mètres sur 14, 13 sondages dans la molasse d'eau douce inférieure (MDI, USM en allemand). La MDI se compose ici d'éléments architecturaux gréseux tels que chenaux anastomosés (meander belts), sillons de capture (crevasse channels) et deltas de capture (crevasse splays), d'une épaisseur de 1 à 20 m environ, alternant avec des dépôts alluviaux fins et peu perméables tels qu'interfluves (natural levee) et épendages (flood plain) pouvant atteindre une épaisseur de 15 m.

Cinq des forages ont fait l'objet d'investigations complémentaires décrites dans ce rapport. Elles comprennent le prolongement du forage M 1400 de 100 à 250 mètres, le relevé détaillé des deux forages carottés M 1400 et M 2100 (description des faciès lithologiques et identification des éléments architecturaux), une campagne de diagraphie de fluide dans le forage M 1400, des mesures pétrophysiques dans les forages M 1400, M 2100, E 2100 et E 2200, ainsi que des analyses en laboratoire sur des échantillons du forage carotté M 1400. Ces investigations visaient une meilleure caractérisation géologique, pétrophysique et hydrogéologique des cinq éléments architecturaux observés, et leur identification sur la base des diagraphies pétrophysiques. Dans ce cadre, les éléments gréseux perméables revêtent une importance particulière.

Les études géologiques complémentaires comportaient d'une part l'analyse des faciès lithologiques et des éléments architecturaux sur deux forages carottés, d'autre part l'étude en laboratoire d'échantillons gréseux du forage carotté M 1400. Les analyses ont porté sur la composition minéralogique, la densité de la roche, la densité des grains, la porosité, la porosité totale et la perméabilité. Les grès fins et moyens sont caractérisés, d'après le diagramme triangulaire "quartz-feldspath-débris rocheux" de FOLK (1974), comme "litharénite" et "litharénite" riche en feldspath. Les grès ont subi une diagenèse simple avec compaction et cimentation calcitique ultérieure, ainsi qu'une dissolution partielle des feldspaths et débris rocheux. Les échantillons des éléments architecturaux, essentiellement composés de grès, ont une porosité totale de 10 à 25 %, une porosité ouverte de 4 à 21 % et une perméabilité de 3 à 5660 md. Les chenaux et deltas gréseux ont une perméabilité maximale au centre et une perméabilité minimale en haut et en bas. Les séries gréseuses sont toujours délimitées par des couches marneuses qui ne présentent qu'une faible porosité et pas de perméabilité mesurable.

La caractérisation hydrogéologique des zones perméables de la MDI a été effectuée dans le forage M 1400 au moyen de diagraphies du fluide (conductibilité électrique et débit entre obturateurs). Les deux diagraphies conviennent à l'étude des zones perméables de la MDI. Les éléments suivants aident généralement à choisir la méthode adéquate:

• Si l'intervalle à tester permet de pomper ou d'injecter plus de 5 l/min environ (5 E-3 m²/s > T_tot > 1 E-7 m²/s) avec un équipment et un rabattement réalisables, il est préférable de recourir à la méthode du diagramme de débit entre obturateurs.
• S'il s'agit de tester des intervalles faiblement perméables (5 E-4 m²/s > T_tot > 1 E-10 m²/s) avec des débits de pompage pourant aller jusqu'à environ 5 l/min, ainsi que de localiser et de caractériser les points d'écoulement d'eau, on préférera alors la méthode un peu plus longue de la diagraphie de conductibilité électrique.

Dans le forage M 1400 on a mesuré des transmissivités de 2 E-5 à 2 E-7 m²/s, ce qui, par rapport à l'épaisseur des éléments architecturaux du grès, donne des valeurs K de 4 E-6 à 4 E-8 m/s. Sept des neuf apports d'eau se trouvaient dans les chenaux anastomosés, les deux autres dans les sillons et deltas. Deux chenaux anastomosés n'ont montré aucun apport d'eau identifiable. Les éléments fins se trouvant entre les zones d'apport d'eau sont des barrières hydrauliques effectives, empêchant la mise à l'équilibre des potentiels très différents observées sur une courte distance verticale dans le forage M 1400.

La campagne de mesures pétrophysiques a comporté, dans quatre forages, les diagraphies de calibre, de gamma naturel, de densité gamma-gamma et de porosité neutronique. Dans deux forages, qui étaient déjà tubés et garnis d'une couronne de graviers, il n'a pas été possible d'avoir des mesures quantitativement évaluables, mais on a pu néanmoins utiliser les diagraphies gamma naturel pour corréler la séquence des couches avec les autres forages. Les conditions de mesure étaient bonnes dans les deux forages non tubés. On a pu délimiter les unités de grès à partir du gamma naturel et de la densité gamma-gamma. Toutefois, dans la zone où la paroi du forage est fortement endommagée, les corrections de calibre pour calculer les valeurs de densité et de porosité sont insatisfaisantes. On peut donc identifier des unités sableuses avec des mesures pétrophysiques, même sans relevé géologique. Du fait de leur faible teneur en argile, les chenaux gréseux se caractérisent par un très faible rayonnement gamma. Une étude spéciale réalisée à partir des diagraphies pétrophysiques du forage M 1400 a montré qu'on peut même sans carottes caractériser de manière détaillée (subdiviser en éléments architecturaux) la MDI à l'aide des données pétrophysiques disponibles.

On peut tirer les conclusions suivantes à propos de la géométrie des couches du sous-sol sondé à Burgdorf. Sur la base de toutes les données provenant de cinq forages, on peut déduire que l'inclinaison des couches est orientée vraisemblablement ESE et qu'elle est de 10° environ. Etant donné que les diagraphies gamma naturel des quatre forages coïncident sur de grandes profondeurs, la structure géométrique du sous-sol semble être tout à fait simple. On peut exclure la présence de failles importantes. On a toutefois identifié des failles mineures sur les photos des carottes (pendage 60°, direction inconnue) et à partir des diagraphies gamma naturel. Leur orientation étant inconnue, il n'est pas possible de définir de manière précise la structure tridimensionnelle du sous-sol du champ de prospection géothermique de Burgdorf.