Technischer Bericht NTB 94-01
Geothermiebohrung Bassersdorf Charakterisierung der Oberen Meeresmolasse und Unteren Süsswassermolasse
Au cours du forage géothermique de Bassersdorf, creusé pour récupérer la chaleur de l'eau souterraine profonde de la OMM (molasse marine supérieure), dans le but de chauffer le nouveau bâtiment d'une maison de convalescence, d'importantes investigations dans le domaine des sciences de la terre ont été réalisées dans la OMM et – en forant plus profondément – dans la USM (molasse d'eau douce inférieure).
L'objectif principal de ce forage géothermique, à savoir l'exploitation de l'énergie géothermique – a été atteint. Pour parvenir à un rendement d'environ 0,2 MW, prévu pour le chauffage de la maison de convalescence, il faut pomper près de 3 I/s. Le débit de soutirage maximum, théoriquement possible, est d'environ 7 I/s. Il est prévu de refroidir l'eau souterraine profonde ainsi soutirée d'environ 23° C à 8° C. En raison de ses propriétés hydrochimiques, l'eau souterraine profonde soutirée peut s'infiltrer sans problème ou être conduite dans la zone d'exutoire. L'évaluation des tests hydrauliques permet d'exclure toute influence ou entrave réciproque au cours de l'exploitation des deux puits géothermiques de Bassersdorf et Kloten-1.
Le présent rapport documente les travaux opérationnels et les investigations réalisées sur le forage géothermique de Bassersdorf. Il présente également tous les résultats des recherches ainsi que leur interprétation.
La section jusqu'à la base de la OMM fut forée à l'eau. Les recherches ont compris une description des cuttings et une analyse des minéraux lourds de la OMS (molasse d'eau douce supérieure) et de la OMM, une diagraphie géophysique des forages de la OMM, des essais de pompage et une diagraphie de fluide de la OMM, ainsi que des analyses hydrochimiques des eaux de la OMM. Ces études avaient pour objectif de caractériser l'ensemble de la OMM du point de vue géologique, hydrogéologique, pétrophysique et hydrochimique en perspective notamment de l'exploitation de l'énergie géothermique de cette formation.
Les études faites en plus dans la USM ont compris le forage carotté de 250 m supplémentaires, un levé détaillé de la section carottée avec description du faciès lithologique et classification en éléments architecturaux, une composition des minéraux lourds, des analyses minéralogico-pétrographiques et pétrophysiques en laboratoire, une diagraphie géophysique du forage et une interprétation des données avec identification des éléments architecturaux, une diagraphie de fluide et des tests entre obturateurs. Ces études visaient la caractérisation géologique, pétrophysique et hydrogéologique des sections forées dans la USM, en particulier dans la "zone marneuse de l'Aquitanien supérieur" ("OAMZ" en allemand).
La OSM est composée de silts de diverses teneurs en argile, sable et carbonates, qui se sont déposés sur une plaine d'inondation avec marais et lacs peu profonds, dans la zone axiale du bassin de l'avant-plateau; elle comprend également des grès fins à teneur variable en silt et argile, qui se sont sédimentés dans des sillons et des deltas de capture ou en tant que sables des chenaux d'écoulement. Ces sédiments font partie du remblai alpin du Hörnli. On a pu identifier, par ailleurs, trois interférences du remblai E-W de sable micacé.
On divise généralement la OMM du forage de Bassersdorf en une partie supérieure de faible épaisseur, qui s'est déposée dans des conditions plutôt littorales, et en une partie inférieure plus épaisse où prévalait une sédimentation marine.
Du point de vue pétrophysique, la OMM est décrite par six types de faciès lithologique: sédiments carbonatés, conglomérats, grès moyens grossiers, grès fins à moyens, silts et argiles. En plus des sédiments finement gréseux qui prévalent, la partie inférieure comprend des “Muschelsandsteine”, c'est-à-dire des couches carbonatées avec fragments d'Echinodermes, tandis que la partie supérieure laisse apparaître des bancs de conglomérat. Dans la partie inférieure de la OMM, la diagraphie laisse apparaître des séquences "coarsening upward" inversement graduées, qui passent à des séquences "fining upward" normalement graduées jusqu'à la base de la partie supérieure. Les dépôts de conglomérat s'y superposent assez rapidement. Cela témoigne d'un changement des conditions de sédimentation à grande échelle - vraisemblablement dû à un abaissement du niveau de la mer - lié à I'avance de la sédimentation deltaïque à partir des régions des grands cônes d'éboulis du sud. Sur la base de I'analyse des minéraux lourds, on suppose, pour la partie supérieure, un apport sédimentaire du cône d'éboulis du Hörnli et en partie de celui du lac de Constance; la partie inférieure relève quant à elle surtout du remblai du lac de Constance. Sur l'interprétation du faciès diagraphique, on peut correler cette limite avec le changement des cycles de "fining upward" à "coarsening upward" En comparant les résultats des études géologiques et géophysiques, on s'aperçoit qu'on peut calibrer et caractériser d'importants types de faciès diagraphique par la description des cuttings.
Les essais hydrauliques ont permis d'obtenir une transmissivité totale de T = 5.1 x 10-5 m2/s. Les résultats de la diagraphie de fluide montrent qu'environ 90 % de cette transmissivité des zones perméables, formées par les conglomérats, se situe entre 315 et 340 m de profondeur. Appliquée à la zone de 25 m d'épaisseur, on obtient une transmissivité de T = env. 4.6 x 10-5 m2/s. Il en résulte une conductivité hydraulique de K = 1.8 x 10-6 m/s (milieu poreux d'extension latérale illimitée). Pour les autres sections du forage en OMM la transmissivité est de T = env. 0.5 x 10-5 m2/s, équivalent à une conductivité hydraulique de K = 1.9 x 10-8 m/s, soit deux ordres de grandeur de moins que pour la zone de conglomérat.
Sur la base des résultats des analyses hydrochimiques et hydrologiques, on peut affirmer que I'eau souterraine profonde de la OMM est une eau de type Na-CI-SO4-HCO3, c'est-à-dire une eau mixte de type Na-CI avec une certaine part d’eau de type Na-HCO3, infiltrée pendant la période glaciaire.
Les analyses géologiques et pétrophysiques permettent de diviser la USM en une zone supérieure, riche en silt et en argile, appelée "zone marneuse de I'Aquitanien supérieur" ("OAMZ"), et en une partie inférieure riche en sable.
Le profil présente un changement des lithologies sur une courte distance verticale. Les cycles de sédimentation, la plupart du temps d'une épaisseur de 2 à 3 m, présentent une augmentation de la grandeur des grains de bas en haut ("coarsening upward") et sont délimités les uns des autres par des phases pédogéniques. On les interprète en tant que deltas simples ou deltas de capture. Dans le forage de Bassersdorf, la USM se caractérise par I'absence de séquences gréseuses de chenaux anastomosés.
La "OAMZ" est limitée vers le bas par un puissant paléosol (voir les carottes extraites). Sur les diagraphies géophysiques et le profil des minéraux lourds, la "OAMZ" se caractérise par une teneur en carbonates généralement élevée. Cette séquence sédimentaire est dominée par le cône d'éboulis du Hörnli, tandis que la partie inférieure de la USM, paléosol compris, appartient au remblai du Napf (voir analyse des minéraux lourds).
La caractérisation hydrogéologique de la USM forée reste limitée à des conclusions qualitatives ou semi-quantitatives, en raison de l'absence de résultats d'essais fiables. Les valeurs de laboratoire sur la porosité absolue analysée surtout aux échantillons de grès qui relève de sillons et deltas de capture et chenaux anastomosés varient entre 3 et 23 %. Les perméabilités mesurées en laboratoire comprennent un grand domaine de valeur de < 0,01 - 500 md.
Suite au manque d'échantillons d'eau souterraine, il est impossible de fournir des informations sur l'hydrochimie de l'eau souterraine profonde de la USM.
