Champ géothermique de Bouillante : synthèse des études ...

Champ géothermique de Bouillante : synthèse des études géophysiques

H. Fnbriol

Janvier 2001 BRGWRP-50259-FR

Champ geolhennque de Bouillante : synthèse des Btudes geophysiques

Mots clés : Géophysique, géothermie, Guadeloupe.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Fabnol H. (2001)-Champ géothermique de Bouillante: synthèse des études géophysiques. BRGM/RP-50259-FR, 43 p., 17 Fig.

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Champ @thennique de Bouillante : s w s e des études geophysiques

Synthèse

es études et travaux réalisés en 2000 pour augmenter la capacité installée dans la L centrale géothermique de Bouillante ont conduit à s’intéresser à nouveau aux études géophysiques effectuées depuis le début des années 70 dans cette zone.

Différentes méthodes (gravimétrie, magnétisme, magnétotellurique, mise à la masse électriqudrectangle et suivi sismique) ont été appliquées d‘abord en 1973 pour le positionnement des forages, puis, entre 1980 et 1984, dans le cadre d’un vaste programme de reconnaissance géothermique dans les Antilles françaises et en Dominique.

Si les interprétations foumies par les différentes méthodes utilisées sont finalement plus qualitatives que quantitatives, du fait des incertitudes de mesure liées aux difficultés d’accès, au climat et aux perturbations industrielles, les résultats finaux fournissent un faisceau d’argument qui ne peuvent être ignorés dans le choix du ou des hturs sites d’exploration géothermique. Deux zones retiennent l’attention : Habitation Muscade et l’axe Pointe Lézard-Pointe Marsolle.

Sur la première, la présente synthèse apporte peu d‘éléments nouveaux par rapport au travail de juin 1986, car, d’une part, la réinterprétation de la gravimétrie n’a fait que confumer la présence d’une anomalie lourde et, d’autre part, l’étude de géologie structurale et la bathymétrie de 1999 concernent principalement la Baie de Bouillante.

L’axe Pointe Lézard-Pointe Marsolle est une importante structure EO qui est à l’origine de nombreuses manifestations hydrothermales, à terre et en mer. Elle est marquée en particulier par une remontée des isothermes et un conducteur superficiel détecté par les méthodes électriques (rectangle) et électromagnétiques (AMT et MELOS). Sur sa bordure est (Pointe Marsolle), la gravimétrie met en évidence un axe léger de direction NE-SO, confirmé également par le rectangle et le MELOS. La bathymétrie montre que celui-ci se prolonge en mer sur au moins un kilomètre par un alignement de petits cônes. Cet axe pourrait être une direction préférentielle de circulation de fluides froids en provenance des appareils volcaniques situés à l’est et au nord-est de la baie. Au fur et à mesure que ces fluides se rapprochent des zones à fort gradient de température près de la côte, un phénomène de mélange avec les eaux géothermales s’effectue et leur résistivité électrique baisse.

Un programme d’études géophysiques complémentaires devrait comprendre : - une campagne de gravimétrie avec densité plus élevée de stations et interprétation

en trois dimensions ; des profils sismiques terre-mer (avec source de sismique réflexion traînée en mer par un bateau) ; une méthode de prospection électrique avec source artificielle, du genre panneau électrique avec interprétation en deux dimensions.

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Champ géothermique de Boui//anfe : synthèse des éfudes géophysiques

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Champ géothetmque de Bouillante : synthdse des &&es géophysiques

Sommaire

Synthèse ....................................................................................................................... 3

1 . Introduction ............................................................................................................ 7

2 . Gravimétrie ..................................... ................................................................... 9

2.1. Données ................................................................................................................. 9

2.2.1. Carte de l’anomalie de Bouguer (densi té d=2, 62) ................................................ 9 2.2.2. Carte del’anomalie hiduelle .............................................................................. 9 2.2.3. Carte de gradient vertical de l’anomalie résiduelle ............................................... 9 2.3. Interpretation ........................................................................................................ 13 2.4. ConClusion ................. ..................................................................................... 16

3 . Magnétotellurique ................................................................................................. 17

3.1. Pnncipe ................................................................................................................ 17 3.2. Donnees ............................................................................................................... 17

3.4. interprétation ........................................................................................................ 20

3.4.2. Audio magnétotellurique (BRGM) .................................................................... 25 3.4.3. IKT 5 EX ........................................................................................................... 29

3.5. Conclusion ....................... 29

4 . Mise à la masse (méthode du rectangle) ............................................................... 31

4.2. Mise en œuvre (16/03 au 18/05 1983) .................................................................. 31 4.3. interprétation ........................................................................................................ 32 4.4. Conclusion ................................................. ...................................................... 34

5 . Suivi sismique .............................. ...................................................................... 35

35 5.1. Pnncipe ............................................. ............................................................... 5.2. Mise en œuvre ...................................................................................................... 35

2.2. Traitements ............................................................................................................ 9

. .

3.3. Traitement ............................................................................................................ 18

3.4.1. MagnétoIlurique BF (BRGM) ............................................................................ 20

3.4.4. MELOS ............................................................................................................. 29 ................................................................................

. . 4.1. Pnncipe ................................................................................................................ 3 1

. .

5.3. Bruit de fond ........................................................................................................ 36 5.4. Détection des microséismes et localisation ........................................................... 38

.......................................................................................................... 38 5.5. Atténuation 5.6. Conclusion ................................................... .................................................... 40

6 . Conclusion ............................................................................................................. 41

7 . Bibliographie ......................................................................................................... 43 . .

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Champ g4othmque de Boui//ante : s m s e des êtudes géophysques

Liste des figures

Figure 1 : Carte synthétique de la région de Bouillante sur laquelle ont été localisés les appareils volcaniques récents rattachés à la Chaine de Bouillante et les laves massives formant le substratum de la région, ainsi que les failles principales et couloirs tectonisés déduits des observations de terrain et de l’analyse des photos aériennes.. ............ ........................ ................................ 8

Figure 2 : Gravimétrie, carte de l’anomalie de Bouguer (d=2,62). ............................... 10 Figure 3 : Gravimétrie : carte de l’anomalie de Bouguer, résiduelle d’ordre 3. ............ 11

Les traits continus indiquent des discontinuités gravimétriques ............................ 12 Figure 4 : Gravimétrie, carte du gradient vertical de l’anomalie résiduelle de Bouguer.

Figure 5 : Image ombrée du modèle numérique de terrain de la Baie de Bouillante (maille 5x5 m) avec courbes isobathes tous les 2 mètres. Les principales stnictures morphologiques sub-circulaires ou linéaires sont indiquées en traits blancs. La nature simplifiée des fonds (rocheux ou sableux) est reportée. ............................. 14

Gravimétrie, profil “0-SSE, aligné avec la côte, de la résiduelle de Bouguer d’ordre 1 et interprétation en deux dimensions (logiciel GMI-PACK). Le modèle des densités figure en dessous des profils. Habitation Muscade est située entre les Km 5 et 7. ................................ ........................................................ 15

Figure 7 : Magnétotellurique basse Béquence (MTBF), carte des conductances superficielles (mode pyx) en Mhos. ..................................................................... 21

Figure 8 : Magnétotellurique basse fiéquence (MTBF), carte de la profondeur (en m) de la base du conducteur superficiel, mode pxy. .................................................. 22

Figure 9 : Magnétotellurique basse fiéquence (MTBF), carte de la profondeur (en km) du toit du conducteur profond, mode pxy. ........................................................... 23

Figure 10 : Audio magnétotellurique (AMT) : carte de la résistivité vraie du premier terrain (en a m ) ................................................................................................... 26

Figure 1 I : Audio magnétotellurique (AMT), carte des profondeurs du toit du dernier conducteur (en m). .............................................................................................. 27

Figure 12 : Audio magnétotellurique (AMT) : profil résistivité-profondeur (profil 2 de la figure 10) ......................................................................................................... 28

Figure 14 : MELOS, carte des résistivités apparentes (en a m ) . .................................. 30 Figure 15 : Méthode rectangle, mise à la masse à partir du tubage de BO 4, carte des

courbes d’isoresistivite apparente. ...................................................................... ,33 Figure 16 : Carte (et bloc diagramme) des isovaleurs relatives du niveau de bruit de

fond sismique dans la gamme 5-10 Hz ................................................................ 37 Figure 17 : Carte de localisation des séismes de la crise du 12 au 14 novembre 1984. .39

Figure 6 :

Figure 13 : Magnétotellurique 5 EX carte des isoconductances (en mhos). ................. 30

I . . . ,

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Champ géothmique de Bouillante : synthèse des Btudes geophysiques

1. Introduction

e site géothermique de Bouillante (Fig. 1) a fait l’objet de campagnes de mesures L géophysiques depuis le début des années 70, lors de l’implantation des premiers forages d‘EURAFREP (méthode MELOS et MT 5 EX). Parmi les quatre forages réalisés, le forage BO2 a rencontré un réservoir géothermique à 320 m de profondeur, avec une température de l’ordre de 248°C et une production de I’ordre de 120 T/h de d‘eau dont 20-25 T/h de vapeur. Ce forage alimente une centrale géothermique qui a une capacité de production de 5,3 Mwe.

Actuellement un programme de compléments d’études axé sur la ressource géothermique, la stimulation du puits BO4 et le forage de trois nouveaux forages déviés à partir de la plate-forme de B04, sont destinés à augmenter la capacité installh de 10 MW 8 l’horizon 2005.

Entre 1980 et 1984, différentes méthodes (gravimétrie, magnétisme, magnétotellurique, mise à la masse électrique et suivi sismique) furent appliquées dans le cadre d’un vaste programme de reconnaissance géothermique dans les Antilles fiançaises et en Dominique. Les résultats pour l’île de la Guadeloupe, Bouillante et la Plaine de Moscou au pied de la Soufrière, sont rassemblés dans une synthèse faites par la CFG (Puvilland, 1986).

A Bouillante, le site d’Habitation Muscade semblait le plus favorable, du point de vue d e l’exploration géothermique. Le modèle de champ consistait en un axe SE-NO, le centre du système géothermique étant situé au sud des forages et des sources hydrothennales, qui en seraient des manifestations périphériques.

Suite à une campagne de géologie réalisée en 1997, les recherches s’orientent actuellement vers un système géothermique situé en mer, face à Bouillante, et contrôlé par des structures tectoniques orientées ONO-ESE. Une réinterprétation de la campagne gravimétrique de 1980 a été réalisée ainsi qu’une campagne de bathymétrie dans la Baie de Bouillante et le long de la côte sous le vent, du site de Bouillante à Pointe Mahaut.

La présente note a pour objet de récapituler les résultats des diverses méthodes géophysiques utilisées sur le site de Bouillante, afin de dégager si possible des éléments pouvant étayer cette nouvelle interprétation.

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Champ geothemique de Bouillante : synthèse des 6tudes géophysiques

2. Gravimétrie

Le travail de réinterprétation des données gravimétriques a été mené en 1998 par le BRGM. Nous reprenons dans ce qui suit de larges extraits du rapport de C. T d e r t de 1999.

2.1. DONNEES

Les données gravimétriques ont été extraites de la banque gravimétrique fiançaise gérée par le BRGM. Elles ont été enregistrées le long des chemins les plus accessibles comme en témoigne leur distribution très hétérogène sur la zone. L’essentiel des mesures a été réalid par P. Puvilland pour l’étude ghlhermique (CFG, 1986), auxquelles s’ajoutaient des campagnes de I’IPG de Paris effectuées en 1969 et 1973. L’incertitude majeure est liée à celle des points côtés. Cette incertitude se répercute sur la précision de l’anomalie de Bouguer qui a été estimée à 0,9 mGal. Une telle précision est lrès acceptable pour cette étude. Les données sont repérées dans un système de projection UTM adapté à la zone.

2.2. TRAITEMENTS

2.2.1. Carte de l’anomalie de Bouguer (densité d=2,62)

La carte de l’anomalie de Bouguer (Fig. 2) a été calculée avec une densité de 2,62 qui est représentative des formations volcaniques dominantes dans la zone de Bouillante. Elie résulte de l’interpolation des valeurs de l’anomalie de Bouguer archivées dans la banque gravimétrique avec une maille carrée de 1 km. L’algorithme de courbure minimum a été retenu afin de minimiser les effets de (( pépites )) liés à l’interpolation. Malgré ces précautions, le manque de données est lisible sur les cartes qui présentent un contenu fiéquentiel plus haute fiéquence dans les zones où les mesures sont régulièrement espacées autour de Bouillante.

2.2.2. Carte de l’anomalie résiduelle

Le calcul et la soustraction du champ gravimétrique régional à l’anomalie de Bouguer a été la première étape du traitement. Après plusieurs essais, le polynôme d’ordre 3 a été retenu pour le calcul du champ gravimétrique régional. L’anomalie résiduelle, résultant de la soustraction du régional calculé à l’anomalie de Bouguer (d=2,62) constitue la donnée de départ des autres transformations (Fig. 3).

2.2.3. Carte de gradient vertical de l’anomalie résiduelle

Le gradient vertical correspond à la dérivée d’ordre 1 selon la verticale du champ gravimétrique. Cette opération permet de réduire la coalescence entre les anomalies. Elle souligne les anomalies de murtes longueurs d’onde générées par des sources superficielles (Fig. 4).

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Champ géothmique de Bouillante : synthdse des Btudes oeophvsiques

Une analyse structurale automatique a été effectuée à partir du gradient vertical de l’anomalie résiduelle (petits segments sur la figure 4). Cette méthode (Castaing et Debeglia, 1992) permet d’interpréter les données gravimétriques de manière objective en calculant les gradients horizontaux du champ gravimétrique. Le résultat consiste en plusieurs groupes de discontinuités élémentaires dont l’importance est r6présentée par leur épaisseur.

2.3. INTERPRETATION

L’examen de la carte d’anomalie de Bouguer (Fig, 2) montre en premier lieu un changement net entre le nord de Bouillante marqué par des valeurs élevées de la Bouguer et le sud avec des valeurs inférieures à 100 mûai. Ce gradient régional est attribué surtout à l’influence du volcanisme de la chaîne septentrionale (1 à 3 Ma). Nous observons de plus que Bouillante est le siège d’une anomalie OSO-ENE relativement lourde, qui se retrouve sur les figures 3 et 4.

Sur la carte de l’anomalie résiduelle (F’ig. 3), deux anomalies lourdes (maximum > 10 m a ) du nord au sud sont attribuées au volcanisme rkent des Mamelles et à la dépression de Beaugendre (cirque d’érosion). La comparaison entre les cartes d’anomalie gavimétrique résiduelle et d’altimétrie montre une anti-corrélation entre ces deux paramètres. Cette observation peut être interprétée par le fait que les reliefs de cette mne sont constitués de coulées de faible densité alors que les dépressions, telles que la dépression de Beaugendre, dénudent un socle plus lourd. A contrario, le sommet des Mamelles correspond à une anomalie gravimétrique lourde. Ceci suggère une différence de volcanisme entre les Mamelles et le Piton de Bouillante, auquel est associée une anomalie négative.

Bur la oarte de gmdlent vertlcal de I‘anomalle réslduelle (F’ig. 4), l%npoitance de I ’eM gravimétrique des coulées volcaniques est souligné par des segments d‘anomalie radiaux par rapport à la côte, dans la direction de plus grande pente. Une anomalie légère NE-SO de ce type apparaît dans le nord de la Baie de Bouillante, intersectant la côte à Pointe Marsolle. Nous observons sur la carte bathymétrique de la baie (Fig. 5 ) un trait morphologique de direction similaire, au-delà de Pointe Marsolle et dans le prolongement de cette anomalie. Ailleurs dans la région de Bouillante, ce sont les orientations N80° à N1lOD qui prédominent, plus en accord avec la géologie structurale (Fig. 1). C’est le cas du horst correspondant au couloir tectonisé Pointe de l’Ermitage Cocagne, où apparaissent les laves massives du substratum, placées en position haute.

Concernant l’anomalie lourde de direction SO-NE située au sud et à l’est de la Baie de Bouillante (Fig. 4), deux interprétations sont possibles. La première, proposée dans l’étude de 1986, l’attribue aux terrains hydrothermalisés constituant la couverture du réservoir géothermique, c’est-à-dire des formations détritiques superficielles et des coulées de laves massives (jusqu’à 600 m d’épaisseur dans le puits B04). Une modélisation en 2 dimensions d’un profil gravimétrique NS, partant de Pigeon et passant par Habitation Muscade (profil magnétotellurique de la figure lO), soutient cette interprétation (Fig. 6). La deuxième interprétation la relie aux laves massives du

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Champ géothermique de Bouiilante : synthèse des études géophysiques

substratum qui seraient placées en position u haute )) par les rejeux combinés des couloirs tectonisés de Pointe à Lézard-Pointe h4arsolle au nord et Pointe de l’Ermitage- Cocagne au sud (cf. l’interprétation structurale de CFG, 1999). Ce sont ces laves massives qui peuvent constituer les réservoirs ftacturés, en dessous des niveaux hydrothermalisés. L‘extension de cette anomalie vers l’Est est délicate car elle n’est basée que sur trois mesures. Elle est d’ailleurs scindée en trois anomalies lourdes sur la carte de la figure 4. Nous ne nous intéressons ici qu’à celle située en bordure de la baie. Nous remarquons, par ailleurs, qu’au nord de l’axe Pointe Lézard-Pointe Marsolle, la partie qui est placée en position (( basse )) ne présente pas d‘anomalie gravimétrique lourde.

L’anomalie lourde située au SE du couloir tectonisé Pointe de l’Ermitage-Cocagne (Fig. 4 et Fig. 6, au centre), à l’ouest d’Habitation Muscade, correspond dans l’interprétation de 1986 à la zone réunissant le plus de probabilité de constituer une cible géo thhque . L‘interprétation de 1999 ne fait que préciser les contours de cette anornalie et confumer son caractère superficiel.

Figure 6 : Graviméûie, profil NVO-SSE, alignh avec la côte, de la réSiakelle de Bouguer d’ordre 1 ei interpr6tati.on en deux dmensions (logkiel GMI- PACQ. Le modèle des densités figure en dessous des profils. Habitaîion Muscade est située entre les Km 5 et Z

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Champ @thermique de BOMante : synthèse des études geophysiques

2.4. CONCLUSION

La gravimétrie est probablement la méthode géophysique la mieux adaptée pour mettre en évidence des structures tectoniques dans une zone où les contrastes de densité sont importants. Cependant, les difficultés d’accès de la zone n’ont permis qu’une acquisition des données le long des chemins rendant la répartition des mesura très hétérogène. Comme en témoigne cette étude, les différences de contraste gravimétrique de premier ordre sont liées aux codées pyrwlastiques et aux produits de remaniement volcano-sédimentaire dont les matériaux sont de très faible densité, comparé au substrattq constitué de laves massives et de formations volcaniques sous-marines indurées et hydrothermalisées. La distinction de rejeu de failles constitue un signai de deuxième ordre qui ne peut être appréhendé qu’avec des mesures resserrées. L’acquisition de données gravimétriques le long de transects perpendiculaires aux structures reconnues en surface pourrait être réalisée sans trop de dificultés techniques et permettrait d’étudier plus finement ces accidents.

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Champ geothennque de Bouillante : SynthdSe des études géophysiques

3. Magnétotellurique

3.1. PRINCIPE

La méthode consiste à mesurer simultanément à la surface du sol les 2 composantes horizontales des champs transitoires électrique naturel (Er et Ey) ou tellurique et magnétique naturel (HE et Hy), de façon à obtenir un sondage de résistivité apparente, p., en fonction de la période T, suivant la formule :

Er est exprimé en mV/km, z=x,y elj=y,x p. en n.m T en s

Hj en y ( 10-9 Tesla)

Eifl)J ef Hj(T,Psont les spectres de Fourier des composantes perpendiculaires pour une période T. La profondeur de phha t ion de la méthode est fonction de T et de la résistivité électrique des terrains sous-jacents :

p = q G g - (2) 2n

p est exprimée en km

Les variations rapides des champs magnétiques et telluriques ont leur origine dam les interactions entre la terre, sphère aimantée en rotatioq et l’ionosphère, couche de particules ionisées par le vent solaire. Leur faible amplitude et le caractère aléatoire du signal observé sont deux des causes de la dispersion observée dans l’estimation de la résistivité apparente.

3.2.DONNEES

Trois campagnes de magnétotellurique ont été effectuées à Bouillante.

Deux d’entre elles ont réalisé un traitement complet du signal magnétotellurique : la campagne de MT BF (basse fiéquence) de 1984 (BRGhf, 1985) et la campagne de MT 5EX de 1973 (EURAF’REP-BEICIP). La campagne du BRGM utilisait trois stations simultanées (utilisables ensuite dans une configuration légèrement différente pour le suivi sismique, chap. 5) et la technique de la référence éloignée (Gamble et ai., 1979), qui consiste à augmenter le rapport signabmit en éliminant le bruit corrélé entre deux stations. La campagne d’AMT (Audio-magnétotellurique) de 1983 utilisait un équipement de mesure à deux composantes, c’est-à-dire un capteur magnétique dans une direction

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et une ligne tellurique perpendiculaire (BRGM, 1983 et 1984). L'avantage de cette méthode est de calculer directement la résistivité apparente en appliquant la formule (1). Par contre, la bande de fiéquence utilisée (4 à 2300 Hz) limite la profondeur de pénétration à moins d'un kilomètre environ.

Nous citerons également la méthode MELOS, utilisée en 1973. Il s'agit d'une méthode électromagnétique avec source artificielle (une boucle mise en tension à différentes fiéquences sinusoïdales). La mesure du champ électromagnétique induit en différentes stations permet le calcul d'une résistivité apparente. Cette méthode a une faible profondeur d'investigation.

La zone proche entourant la Baie de Bouillante n'a pas été couverte par les mesures magnétotelluriques BF de 1984, très sensibles aux parasites industriels, les lignes haute iension en particulier. 11 est vraisemblable que les mesures de MT EX, réalisées en 1973, aient été moins perturbées par les lignes électriques, car la centrale n'existait pas à l'époque.

Dans les documents à notre disposition, seul le rapport de la MT BF de 1984 présente les courbes de résistivité apparente avec des barres d'erreur de plus ou moins un écart type, soit un intervalle de confiance de 68 %. Les données sont de qualité correcte entre 85 et 8 & moyenne à mauvaise entre 8 et 0.10 Hz et moyenne à correcte entre 0,l et 0,Ol Hz. Cela est dû à la faible énergie du signal aux fiéquences intermédiaires et à la nécessité, pas toujours satisfaite, de faire des enregistrements plus longs pour les basses 6équences (longues périodes). Par contre, nous disposons de très peu d'information sur les deux autres campagnes.

3.3. TRAITEMENT

Le traitement complet des données magnétotelluriques consiste à calculer le tenseur d'impédance (Z), qui relie pour une 6équence O donnée les champs E et H :

Dans ce cas la résistivité apparente se calcule comme suit

Le tenseur contient toutes les informations nécessaires à l'interprétation en une, deux ou trois dimensions, consistant A déterminer la distribution en profondeur de la résistivité électrique. Le tenseur est calculé dans le domaine des fiéquences, c'est-à-dire après transformation de Fourier des signaux temporels mesurés sur le terrain. Une rotation du tenseur est ensuite effectuée dans la direction qui maximise l'un des deux éléments diagonauq de façon à se rapprocher au mieux d'un cas à deux dimensions. Il existe une indétermination de 90' dans le choix de cette direction,

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Champ géothennjque de Boui//ante : synthhe des études geophysiques

Dans l’étude MT BF du BRGW les auteurs ont considéré que le modèle 2 D le plus simple était celui où l’effet de côte (terre résistante bordée par une mer conductrice) était prépondérant et donc que les directions retenues étaient celles qui s’alignaient au mieux avec le trait de côte. Les stations situées à proximité d’Habitation Muscade sont une exception notable (carte des directions de rotation du rapport BRGM, Fig. 7, p. 16). Cela pourrait être dû à la présence en profondeur d’un conducteur dans cette zone.

Deux types de cartes sont présent& par la MT basse kéquence : cartes des conductances (BRGM et MT 5 EX) et cartes de profondeurs des conducteurs superficiel et profond (BRGM seulement). La conductance se définit comme la somme des produits épaisseur par conductivité (inverse de la résistivité) de chaque couche et se calcule comme suit :

S=C’ N e

I=I Pi S = onductance (en Mhos) el =

p =

La conductance est une quantité relativement indépendante de la configuration résistivité-épaisseur des terrains sus-jacents à une couche résistante. C’est donc une estimation qualitative de l’importance des conducteurs superficiels. Les auteurs proposent d’utiliser égaiement les interprétations de la courbe de résistivité apparente en une dimension pour évaluer plus précisément la disposition des terrains dans les deux premiers kilomètres.

En s’appuyant sur des exemples de la littérature, les auteurs BRGM choisissent l’élément du tenseur Zp (ou mode perpendiculaire à la structure) pour évaluer la carte des conductances et l’élément Zry (ou mode parallèle à la structure) pour calculer un modèle en une dimension de répartition des résistivités avec la profondeur, par inversion de la courbe de résistivité apparente pn, (formule 3). Ces modèles 1 D ne comportent pas de barres d’erreur, ce qui est regrettable.

Mis à part la dépendance vis à vis du signal excitateur, qui peut affecter grandement la qualité du résultat final, les simplifications théoriques pour ramener les modèles de terrain à des modèles 1 D en couches horizontales sont une autre source d’erreur non négligeable. Les interprétations qui sont faites à partir des courbes de résistivité apparentes ou des cartes qui en sant issues, sont donc plus qualitatives que quantitatives Une interprétation en deux dimensions, voir en trois dimensions, pourrait s’avérer indispensable, malheureusement le nombre de points de mesure disponibles en MT BF est insuffisant pour cela.

épaisseur de la couche i (en m) résistivité de la couche i (en am)

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3.4. INTERPRETATION

3.4.1. Magnétollurique BF (BRGM)

La carte des conductances du rapport BRGM (Fig. 7) montre des valeurs presque partout supérieures à 200 Mhos, ce qui indique ia présence de terrains conducteurs relativement épais et proches de la surface. Dans la partie située au nord de Bouillante les conductances augmentent vers l’est tandis qu’au sud une forte anomalie conductrice se dessine autour de l’Habitation Muscade, accompagnée de décroissances de la conductance vers l’est et l’ouest. Nous n’observons pas de directions qui puissent être associées aux traits structuraux EO de la Fig. 1 ou de la carte gravimhque (Fig. 2). Cela est dû, entre autres, à la faible densité des points de mesure.

Le rapport BRGM indique la présence de deux conducteurs dans la région de Bouillante : un superficiel et l’autre profond. Deux cartes de profondeur sont présentées: celle de la base du conducteur superficiel (Fis. 8) et celle du toit du conducteur profond (Fig. 9), calculées à partir de l’inversion en une dimension des courbes pxy, sauf exception. Dans les deux cas, nous observons deux anomalies, l’une centrée sur Habitation Muscade avec une remontée nette du toit de ces deux niveaux et l’autre dans la zone de Bois Mahler, cette demière paraissant plus incertaine aux yeux des auteurs.

L’anomalie d’Habitation Muscade of ie la particularité d’être située à 500 m environ à l’ouest de l’anomalie lourde déjà repérée sur la carte de gradient vertical de l’anomalie résiduelle (Fig. 4) en gravimétrie. La synthèse de 1986 attribue cette anomalie conductrice et lourde à un niveau hydrothermalisé actuel, provoqué par la rencontre de fluides chauds et minéralisés et de fluides floids s’écoulant en profondeur, autour de cette zone. Ce niveau superficiel, à moins de 1 km de profondeur, ferait office d’écran (phénomène de self sealing) au système géothermique profond, dont le conducteur profond serait, selon cette hypothèse, la signature électrique.

La forme des isobathes du conducteur profond d’Habitation Muscade est ONO-SES (Fig. 9), plus en accord avec le prolongement de 1 km vers le haut de l’anomalie de Bouguer et la géologie structurale. Cependant, il ne faut pas oublier que l’interpolation de ces courbes se fait sur un nombre limité de points et qu’il n’apparaît pas d’anomalie gravimétrique d’origine profonde dans cette zone.

L’origine tectonique pourrait être une autre explication au conducteur profond d’Habitation Muscade. En effet, la flacturation de direction NlOO’ observée dans la zone de Bouillante, à terre et en mer (Fis. 1), serait liée l’intersection de deux accidents d’ampleur régionale : la faille sous-marine de direction NISOO mise en évidence par les campagnes bathymétriques entre Montserrat et Basse Terre et l’accident BasseTerre Marie Galante reconnu sur cette dernière et à l’est de Basse Terre au Banc Colombie. La baisse de résistivité pourrait donc être due à la hcturation et à la circulation profonde de fluides minéralisés. Leur température serait plus élevée que celle due au simple gradient géothermique, du fait de la proximité des failles productrices recoupées dans BO2 et B04, mais non nécessairement suffisante pour une utilisation géothermique.

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I.

Figure 7 : Magnétotellurique basse fidquence (MTBF), carie des conductances superficielles (mode wx) en Mhos.

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Figure 8 : Magnétotellurique basse fréquence (MTBF), carte de la profondeur (en m) de la base du conducteur superficiel, mode py.

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:, .

Figure 9 : Magnétotellurique basse frèquence (MTBF), carte de la profondeur (en km) du toii du conducteurprofond, mode py.

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Champ géothemnique de Bouillante : synthèm des études ghphySiqUeS

La perméabilité en grand au sein du substratum de Bouillante est assurée principalement par le réseau de fractures et de failles verticales (CFG, 1999). En particulier dam les deux forages producteurs, BO2 et B04, la pennéabiliité est assurée par les contacts sub- horizontaux entre formations lithologiques différentes, les bordures subverticales de dykes et les niveaux lithologiques à perméabilité primaire conservée (niveaux sableux et détritiques, laves scoriacées).

Le sondage 5-1 de la MT BF a été réalisé sur la plate-forme du forage B04, dont la coupe lithologique figure dans le rapport CFG de 1999 (Tableaux 1 et 2). La correspondance entre lithologie et résistivité n’est pas évidente, mais, d’une part, l’interprétation en 1-D n’est qu’une approximation et, d’autre p a la lithologie ne prend en compte ni la fracturation, ni la présence éventuelle de fluide.

11 est donc possible d’associer le conducteur situé à entre 490 m et 590 m de profondeur (avec toute la marge d’erreur que cette estimation comporte), au niveau producteur localisé à la base du volcanisme aérien entre 610 et 650 m de profondeur. C’est le premier niveau producteur COMU actuellement, sous le sabot du casing à 600 m environ. Les autres niveaux producteurs situés au-dessus de 600 m sont occultés par le casing, et n’ont été signalés que par des pertes de boue en cours de foration. II existe un autre niveau producteur possible vers 1000 m de profondeur qui échappe, semblst-il, à l’interprétation MT.

Tableau 1 : Inietprélation en 1 D du naode p y ah sonhge 5-1

1 Résidvite (l2.m) 1 Profondeur du toit (m) 1

490 590

5590

Tableau 2 : Coupe lithologique du forage BO4

Profondeur du bit (m) Liîhologie

O

130

Formations superficielles remaniées

Volcanisme aérien (coulées, lahars, hyaloclastites)

Volcanisme &rien/marin (hyaloclastites, lahan,

coulées, horizons sableux et coralliens)

Volcanisme sous mario (hyaloclastites monotones)

320

650

24

Champ géothemlque de ûouillante : synthèse des Btudes Mophysiques

3.4.2. Audio magnétotellurique (BRGM)

La figure 10 présente la carte de la résistivité (( vraie )) du premier terrain issue de l’interprétation en une dimension des sondages AMT.

La zone d’Habitation Muscade est caractérisée par une vaste anomalie conductrice (< 10 i2.m) s’étendant largement vers le nord (englobant le forage B02) et vers le sud, prolongeant ainsi la remontée du Riveau conducteur vers la surface mise en évidence par la MT BF. Nous retrouvons le même type d’anomalie d’extension plus faible BU nord de la Baie de Bouillante (Pointe Lézard-Pointe Marsolle). Dans les deux cas, ce conducteur superficiel peut être associé, au sud, aux altérations hydrothermales rencontrées aux alentours de la centrale et, au nord, aux sources thermales sous-marines ou situées en bord de mer. Pour la zone Pointe Lézard-Pointe Marsolle, cette anomalie de conductivité coïncide avec l’axe structurai EO (Fig . 1) et la remontée de l’isotherme 60°C (forages de gradient EURAFREP G et F) à moins de 40 m de la surface et de l’isotherme l0OT à moins de 70 m dans le forage G.

Deux zones à forte résistivité, à Pigeon au nord et l’autre le long de Crête Village au sud correspondent à des anomalies gravimétriques légères et à des zones de faible valeur de mercure dans les sols. Il s’agit vraisemblablement de zones fracturées drainant de fortes quantités d’eaux météoriques, d’où leur résistivité relativement élevée.

La carte de la figure 11 présente la carte des profondeurs du toit du dernier conducteur atteint par l’interprétation en une dimension de I’AMT. il s’agit en fait du conducteur superficiel mis en évidence par la MT BF et que 1’AMT ne traverse pas. Les deux méthodes utilisées conjointement permettent d’en préciser le contour et l’épaisseur. Nous observons sur la figure 11 une remontée qui s’étend de l’axe Pointe de l’Ermitage- Cocagne au nord jusqu’à plus d’un kilomètre vers le sud et le sud-est. Cette remontée est décalée par rapport à la remontée de la base du conducteur observée en MT BF (Fis. 8) mais coïncide avec l’augmentation de la conductance à la station 8-2 de la MT BF et avec les conductances élevées de la h4T 5EX (paragraphe suivant) dans cette zone. Ce conducteur s’approfondit de façon régulière au nord de la Baie de Bouillante.

Des profils de répartition de la résistivité électrique en fonction de la profondeur ont été tracés à partir des interprétations des sondages AMT en une dimension (Fis. 12). Nous ne retenons que le profil 2 (Fig. 1 l), de direction NO-SE, qui concerne la proximité de la Baie de Bouillante. Nous retrouvons, entre le forage BO4 et Habitation Muscade, la répartition de couches conductrices responsables des anomalies de conductance et de la remontée du conducteur superficiel. Si nous comparons ce profil aux interprétations en 1-D des modes pW des sondages de la MT BF 5-1, 2-1 et 2-2, situés sur ce même profil, nous ne constatons un bon accord qu’avec les deux premiers sondages (cf. la comparaison entre le sondage 5-1 et la coupe lithologique de B04).

25


. Stat ion A i l T

0 < i o n m

10 - 5 0 n n 50 - 100 nm =. 100 nm

\ Prof i l magnétoleIlurique

ECHELLE ' O 1 2 3Km I - L = U L A

W' MERWART

Figure 10 : Audio magnétotellurique (AMT) : carte de la résistivité vraie du premier terrain (en a m ) .

26 BRGWRP-50259-FR

Champ géothennique de Bouillante : synthèse des études géophysiques

NO

Figure 12 : Audio magnétotellurique (AMlJ : profil résistivité- proJondeur @rofil2 de la figure 1 O).

28

Position rabattue 1 des sondages AM1

4 Source chaude

Forage

Isotherme en O c 150. /

BRGWRP-50259-FR

Champ geothmique de Bouillante : synthdse des études géophysiques

3.4.3. MT 5 EX

La faible extension des anomalies mises en évidence par la MT 5EX ne permet pas de les rattacher à des phénomènes profonds (Fig. 13), mais plutôt à des structures conductrices superficielles comme c’est le cas de l’axe de forte conductance (> 4000 Mhos) qui s’étend depuis le forage BO4 jusqu’à la Baie de Bouillante. Nous ne sommes pas en mesure d’expliquer le facteiur 10 qui existe entre les valeurs de conductance de la MT BF et celles de la MT 5 EX, en l’absence d’indications plus précises sur le procédé de calcul de cette dernière.

II est indéniable que l’anomalie de gradient gravimétrique lourde observée à l’est de la Pointe de l’Ermitage sur la figure 4 (6. paragraphe précédent) se corrèle bien avec l’anomalie de conductance détectk à l’emplacement de B04. Le choix de l’emplacement du forage BO4 était basé, entre autres, sur les résultats de la MT 5 EX

De même, nous constatons une cartaine corrélation entre la zone de conductance élevée de la h4T 5 EX, située vers Courbaril au NE de la Baie de Bouillante, et la bordure nord et est d’une petite anomalie de gradient vertical gravimétrique lourde allongée dans la direction NS et suivant le trait de côte (Fig. 4). Nous suggérons d’associer ces deux traits à l’appareil éruptif de Courbaril (Fig. 1).

3.4.4. MELOS

Concernant la campagne de MELOS, deux anomalies apparaissent sur la carte de la figure 14. La première, très étroite, est allongée suivant une direction NE-SO sur 1 km à l’est de Bouillante. La faible extension de la zone de mesures ne permet pas de la rattacher à une structure connue.

Dans le quart NE de la Baie de Bouillante, un fort gradient de direction NO-SE apparaît, séparant une zone de faible résistivité au nord-ouest, d’une zone plus résistante au sud- est. La mne conductrice corrobore l’existence du conducteur superficiel de direction EO détecté par I’AMT dans l’alignement Pointe Lkd-Poin te Marsolle. L’autre élément intéressant est la direction perpendiculaire à ce gradient, NESO, qui intersecte la côte à Pointe Marsolle et est alignée avec un des traits morphologiques détectés par la bathymétrie dans la Baie de Bouillante (Fis. 5) . Cette direction n’apparaît pas en AMT.

3.5. CONCLUSION

Les méthodes électromagnétiqueis apportent des informations sur la répartition des conducteurs électriques en plan et en profondeur. Du fait de l’emploi d’une source naturelle (sauf pour le MELOS) et des simplifications théoriques, l’utilisation quantitative de ces résultats n’est as conseillée. En se limitant à l’aspect qualitatit nous pouvons confirmer à nouveau 1 intérêt du site Habitation Muscade, sans toutefois apporter d’indication précise sur 12 profondeur d’un possible réservoir géothermique.

La mise en évidence, au nord de Bouillante, d’un axe conducteur NE-SO constitue un apport intéressant du MELOS. Naus avons déjà remarqué dans cette zone, une anomalie légère de gradient gravimétrique, de même direction (Fig. 4) et dont l’extrémité SO se

P.

BRGMP-50259-FR 29

Champ géothermique de Bouillante : synthèse des éludes géophysiques

superpose plus ou moins à la partie est de l’anomalie conductrice AMT. Dans ce cas, le lien entre zone conductrice et anomalie gravimétrique lourde, tel qu’observé à Habitation Muscade, est inversé.

Nous suggérons alors l’hypothèse d’une absence de couverture hydrothennalisée lourde (appuyée par l’existence de (( Fuites n vers la surface : c’est-à-dire les manifestations hydrothennales du bord de mer) au profit de coulées de laves en provenance de l’appareil volcanique Dos Marsolle-Desmarais, parcourues par des eaux météoriques plus ou moins froides. Au fur et à mesure que ces fluides se rapprochent des zones à fort gradient de température près de la côte et qu’un phénomène de mélange avec les eaux tzéothennales s’effectue, leur résistivité électrique baisse, d’où l’anomalie MELOS et AMT

HT 5 EX I EURAFREP-BEICIPI ISOCONDUCTANCES i en mhos I - NELOS I EURAFREP I 70Hz O Kn.

GUADELOUPE - BOUILLANTE RESlSllVllE APPARENTE Ien nm.i

Figure 13 : Magnéîotellurique 5 EX, carte des isoconductances (en mhos).

Figure 14 : MELOS, carte des résistivités apparentes (en n m ) .

30 BRGWRP-50259-FR

Champ géothermique de Bouilante : synîhèse des études géophysiques

4. Mise à la masse (méthode du rectangle)

4.1. PRINCIPE

La mise à la masse consiste à mesurer le champ électrique créé à la surface du sol par l’injection de courant en deux points situés théoriquement à une distance infinie du point de mesure.

A Bouillante le cas est un peu particulier, car h t donné la proximité de la mer, une orientation NS du bipôle d’injection n’était pas possible. Ii fallait donc une orientation EO, perpendiculaire à la côte pour éviter au maximum I’inîluence du conducteur constitué par l’eau de mer. Cependant, la profondeur d’investigation avec une méthode rectangle étant maximum au centre du dispositif, la topographie n’autorisait pas une profondeur d’investigation suffisante à proximité d’une électrode ouest qui serait implantée le long de la côte. Le parti a donc été pris de prendre wmme électrode d’injection le forage B04, tubé métallique jusqu’à 2500 m de profondeur, ce qui permettait d’avoir une circulation de courant en profondeur et donc une bonne profondeur d’investigation.

4.2. MISE EN (EUVRE (16/03 AU 18/05 1983)

L’émetteur a été installé dans l’enceinte de la centrale géothermique de Bouillante et deux lignes électriques le reliaient au forage BO4 et à l’autre électrode installée au niveau de Barbotteau. Le courant injecté était un signal de forme carrée, de période 16 secondes, d’intensité 3,s 4 sous une tension de 1200 V.

Le murant injecté crée dans le sol un champ électrique dont la direction et l’intensité sont fonction de la résistivité des terrains traversés. Le module du champ électrique se déduit des mesures de différence de potentiel, AVx el AVy, recueillies sur deux dipôles courts (MN= 50 m) orthogonaux, l’un d’entre eux étant orienté, dans la mesure du possible, radialement par rapport à l’électrode B04. La mesure du champ en surface permet d’obtenir une bonne représentation en plan des contrastes de résistivité en profondeur, au moyen de courbes d’isovaleur de la résistivité apparente.

La longueur MN étant négligeable par rapport à la distance AB entre les électrodes d’injection, le champ électrique se calcule comme suit :

AVx2 AVy’ E=- +- M N X m y

MNx : longueur du dipôle selon la direction x m y : longueur du dipôle selon la direction y

La valeur de la résistivité apparenae des terrains sous-jacents se calcule à partir de E :

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Champ géothemique de Bouillante : synthdse des études géophysiques

K est un coefficient géométrique homogène, fonction de la position du point de mesure par rapport aux électrodes d’injection, etZ est l’intensité lue sur l’émetteur.

Les emplacements des points de mesure ont été conditionnés par le relief, en se fixant comme base une maille de 500 m. La précision des mesures peut être estimée à mieux que 15 %. Même si la valeur de AVy, tangentielle, était de qualité assez moyenne, son influence restait négligeable devant la valeur de AVx, radiale.

4.3. INTERPRETATION

La figure 15 présente la carte des isorésistivités apparentes calculées à partir de la mise à la masse du tubage de B04. Cette carte fait apparaître une vaste anomalie conductrice (p < 7 t2.m) s’étendant du nord au sud de Pigeon à Petite Anse, et sur 3 à 4 km à partir de la Baie de Bouillante vers l’est.

Au sein de cette vaste anomalie se dessine une série de minima secondaires (p < 5 am) souvent longilignes, marqués par des traits épais discontinus sur la figure 14 et qui semblent délimiter des compartiments un peu plus résistants. Dew familles de directions sont ainsi définies de manière qualitative : l’une NE-SO et l’autre SENO, auxquelles peuvent venir s’ajouter localement des directions N-S, longeant la Baie de Bouillante, et E-W, au niveau de Pigeon.

L’interprétation d’une carte de mise à la masse est en général assez difficile, dans la mesure où, d’une part, il s’agit d’une méthode qualitative, et, d’autre part, la profondeur d’investigation, dans l’hypothèse d’un milieu hotnogène, varie en fonction de la distance au point d’injection de courant. De plus, le fait d’avoir (( mis à la masse )) le tubage métallique du forage BO4 (qui fait 2500 m de profondeur) ne permet pas de connaître le modèle réel d’injection de courant. Néanmoins, nous pouvons penser qu’il y a effectivement polarisation électrique des axes conducteurs.

L‘axe NO-SE qui part du forage BO2 vers Habitation Muscade semble corrélé au maximum de conductance observé en MT 5 EX et borde au SO la remontée du conducteur superficiel de la MT BF. Quant à l’axe ME-SO qui part de Pointe Marsolle, il se superpose approximativement à l’axe détebé par la méthode MELOS et la réinterprétation de la gravimétrie (paragraphe 3.4.4) Du fait de l’absence de corrélation avec I’AMT dans ces zones, le rappori CFG de 1986 propose que ces axes conducteurs soient situés en dessous de la profondeur de pénétratiion de I’AMT, c’est à dire quelques centaines de mètres.

Dans le cas de l’axe qui passe par B04, cela correspondrait au toit du réservoir entre 500 et 600 m de profondeur. Pour l’axe NE-SO de Pointe Marsolle, l’interprétation de I’AMT s’arrête sur un conducteur de 10 f2.m à environ 300 m de profondeur. Du fait de la faible profondeur de pénétration du MELOS, l’axe conducteur détecté par le rectangle pourrait être la signature en profondeur (plus de 300-400 m 7) de l’accident détecté par le MELOS à proximité de la surface.

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n s o m m e t A 'Vo lcan récent I < l M A l

Forage profond EURAFREP Forage de gradient 1 Point de mesure

4 Accidents "électriques"

c 5 nn.

5 - 7nm. 7 -ionm.

10 -2onm~

O 7 2 0 n m .

ECHELLE 1 2 3Km

c-. , I- I , I -,-:d

tT' MERWART

Figure 15 : Méthode rectangle, mise 6 la masse 6 parîir du tubage de BO 4, carte des courbes d'isorésisliviié apparente.

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Champ géothermique de Bouillante I s m s e des études géophysiques

Mis à part ces deux axes, les autres axes conducteurs de direction radiale par rapport à la côte, pourraient être, selon l’interprétation de CFG, des axes tectoniques bien enracinés, mettant en relation les sommets entourant Bouillante et la mer, et parcourus par des circulations d’eau météorique. L’axe NE-90, situé immédiatement au sud de B04, est de nature plus incertaine et ne semble pas avoir d’existence réelle, même sur la carte de la figure 15.

4.4. CONCLUSION

La méthode du rectangle appliquée autour de Bouillante met en évidence de manière qualitative des axes conducteurs qui ofient la particularité de bien cerner le champ existant, en l’occurrence les forages BO2 et B04, et les anomalies déjà détectée3 par d’autres méthodes à Pointe Marsolle et dans la zone d’Habitation Muscade. La relation entre axe plus ou moins conducteur et circulation d’eau météorique cadre bien avec le schéma de la recharge du champ géothermique actuel (CFG, 1999). Cependant la méthode, telle qu’elle a été utilisée, ne donne pas d’indications sur l’extension verticale de ces axes.

34

Champ géothermique de Bouillante : synthdse des Btudes géophyshyes

5. Suivi sismique

5.1. PRINCIPE

L’étude de la microsismicité est une méthode qui est souvent employée en exploration géophysique de champs géothermiques, car elle permet de caractériser les failles actives qui sont les drains privilégiés des fluides géothermiques dans les réservoirs fracturés. Mis à part la localisation de ces failles actives, l’utilisation plus sophistiquée de la microsismicité peut conduire à des images en trois dimensions des réservoirs, en se basant sur des anomalies de propriétés des milieux traversés par les ondes sismiques : vitesses de propagation, atténuation ou biréfringence.

Dans le cadre de l’exploration de Bouillante, les deux techniques mises en œuvre entre novembre et décembre 1984 fureint les mesures de bruit de fond et la localisation des sources sismiques (Beauce, 1985).

La mesure du bruit de fond sismique était une méthode qualitative employée pendant les années 70 et le début des années 80. Elle partait de la constatation d’une augmentation du bruit de fond à l’aplomb des zones de production de certains champs géothermiques, aux USA ou en Nouvelle Zélande Ce bruit de fond plus élevé pouvait être relié à la circulation des fluides dans la boucle de convection géothermale. Actuellement elle est plutôt délaissée, faute d’un plus m d nombre d’exemples probants et de démonstration convaincante sur l’origine de ce bruit de fond.

En 1984, aucune sismicité ne fut observée à l’intérieur du réseau, déployé en trois sites successifs autour de la Baie de Bouillante. Cette absence de sismicité serait confirmée 14 ans plus tard, lors d’une q p a g n e de suivi sismique menée en 1998 pendant 10 semaines pour suivre l’opération die stimulation hydraulique de BO4 (Gaucher, 1998).

5.2. MISE EN CEUVRE

Le réseau déployé en 1984 comportait 9 stations disposées suivant deux cercles concentriques de 1 et 2 h de aayon, respectivement. Les données analogiques sont transmises par des câbles disposbs à même le sol à une station centrale mobile où les signaux sont numérisés (100 échqntillons par s) et traités. L‘enregistrement des séismes se fait sur déclenchement, par détection simultanée sur trois voies prédéfinies du dépassement d’un seuil du type STAnTA L‘enregistrement du bruit de fond, de préférence la nuit, se fait par aniêt du système de déclenchement et passage en mode d’acquisition continu.

Le réseau a été placé en 4 sites différents des environs de Bouillante. Le premier n’a pas donné lieu à des enregistrement, vu les conditions météorologiques très dificiles (passage du cyclone Klaus à proximité). La durée moyenne de fonctionnement par stations, moins d’une semaine dms chacun des cas, n’a pas permis d’enregistrer un nombre sufisant de microséismes localisés dans le réseau. Un m i suivi sismique dans

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Champ geothemique de Bouillante : synthèse des études géophysiques

un but d’évaluation de réservoir géothermique doit durer minimum quelques mois pour pouvoir disposer de sufisamment d’événements d’origine locale pour une caractérisation représentative du milieu.

Le site 2 est centré sur Habitation Muscade, le site 3 sur Bouillante et le site 4 prolonge vers le nord les deux premiers. Une station commune aux deux réseaux est conservée à chaque changement de réseau, pour pouvoir relier les mesures de bruit de fond d’un réseau à l’autre.

5.3. BRUIT DE FOND

Pour chacun des fichiers enregistrés (12 min), 3 minutes sont sélectionnées et découpées en 10 segment de 20,48 s. Les spectres d’amplitude de chaque segment sont calculés par FFT puis sommés entre eux. Ce spectre moyen est à son tour sommé aux spectres des autres fichiers de bruit de fond, de façon à obtenir, pour chaque station, un spectre moyen lissé, exprimé en dû et représenté dans la gamme 0-10 Hz.

La carte de la figure 16 représente le niveau moyen de bruit de fond dans la gamme 5- 10 Hq normé par rapport à la station 7 du site 2, qpi représente le bruit le plus faible, avec des courbes d’isovaleurs en dû ainsi qu’un bloc diagramme en trois dimensions. La gamme 0-5 Hz n’est pas prise en compte du fait la proximité de la mer (effet de la houle et des vagues) et des effets de site (amplification de la résonance des sols (( mous )) à certaines fiéquences dans la bande de O à quelques Hq due au contraste d’impédance entre un sol de propriétés mécaniques moyennes à mauvaises sur un soubassement rocheux plus rigide)

Nous pouvons faire les observations suivantes : Mise en évidence sur le site d’Habitation Muscade de deux comportements différents du bruit de fond dans la gamme analpsée : du côté sud-ouest, présence d‘un groupe de valeurs relativement élevées (9 dB), par rapport au côté sud-est (4

Remontée du niveau moyen partant de la ville de Bouillante vers le NE de la zone d’exploration.

dû)

Dans les deux cas, l’anomalie observée est remarquable. Même si I’explication géothermique ne peut pas être avancée avec d t u d q l’existence d’un accident séparant deux milieux de nature différente semble plausible. Ces anomalies se superposent grosso modo aux remontées du conducteur profond de la MT BF. Cependant il ne faut pas oublier qu’il n’y a pas eu de points de bruit de fond p r h de la côte et que la superposition aux cartes MT BF est en partie artificielle, puisque ce sont les mêmes emplacements de station.

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Figure 16 : Carie (ei bloc diagramme) des isovaleurs relatives du niveau de bruit de fond sismique dans la gamme 5-10 Hz

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~~

37


5.4. DETECTION DES MICROSEISMES ET LOCALISATION

Un certain nombre de séismes lointains ou régionaux ont été détectés, mais ils ne peuvent être localisés correctement, ML la couverture trop faible du réseau. Seulement onze événements d’origine locale, mais hors de la zone de couverture du réseau, ont été identifiés à partir du site 2 entre les 12 et 14 novembre 1984. Durant cette même période de temps, 85 événements ou plus ont été détectés mais non localisés, du fait de l’insuffisance du nombre de stations ayant déclenché. Le programme de localisation utilisé était HYP071 (Lee and Lahr, 1975) et le modèle de vitesse, un modèle à 3 couches @orel, 1978).

Malgré les insuffisances du modèle de vitesse à trois couches et l’excentricité des épicentres par rapport au réseau, 5 des onze événements ont pu être localisés avec une précision de l’ordre de 3 km. La figure 17 reprdsente la migration des épicentres obtenue suivant différents cas (SC : localisation sans correction aucune, 10, 20, . . .80 : localisation obtenue après correction d’altitude avec un angle d’incidence des rais de l’ordre de 10,20 . . , 80 O par rapport à la verticale).

De façon à mieux cerner l’azimut des sources possibles, nous avons utilisé également les composantes horizontales pour faire de I’hodogammétrie’ (avec une précision de l’ordre de 20’). Cette méthode permet de localiser la zone d’origine de la crise des 12- 14 novembre 1984 dans un azimut compris entre N 295’ et N 315’.

Nous avons cité au chapitre 3.4 l’existence au luge de Bouillante d’un accident d’ampleur régionale qui va de Montserrat à Basse Terre. Les interprétations de 1985 et 1986 avaient associé la crise sismique de novembre 1984 à cet accident. Au w des nouvelles cartes bathymétriques, il semblerait maintenant que cet essaim sismique soit plutôt lié A des linéaments N150 repérés au large de Pigeon, sans nécessairement appartenir directement à l’accident Montserrat Basse Terre. La façon selon laquelle celui-ci intersecte l’accident Basse Terre-Marie Galante n’est pas encore éclaircie.

5.5. A’ITENUATION

Sur tous les événements correspondant à la crise du 12-14 novembre 1984, une forte atténuation est observée sur l’amplitude des ondes P et S, entre deux groupes de stations (2-3,24 et 2-15) et (2-7, 2-8, 2-11 et 2-12). Etant donné la faible extension du réseau, l’accroissement du temps de trajet des ondes entre la source et le récepteur ne peut, à lui seul, expliquer cette anomalie.

Deux hypothèses peuvent être avancées pour expliquer ce phénomène : Une chute d’énergie liée au mécanisme à la source. Le trajet à travers des milieux de propriétés physiques très différentes, selon que les ondes arrivent aux stations (2-3,2-4 et 2-15) ou (2-7,2-8,2-11 et 2-12),

’ L’hodogrammduie consisle A dtterminer l’azimut de i’épicemûe par rapport au réseau à partir de la polarisaiion des ondes P sur les composaotes horizontales.

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Champ géothermique de Bouillante : synthèse des éludes géophysiques

d

B

Figure 17: Carie de localisation des séismes de la crise du 12 au 14 novembre 1984.

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Champ @thennique de Bouillante : synthèses des études géophysiques

Différents arguments montrent que l’hypothèse d’un mécanisme spécifique à la source ne peut expliquer à elle seule l’anomalie observée. L‘auteur propose donc l’existence d’une zone à forte absorption, associée à une présence envisageable de fluide sous le site d’Habitation Muscade, et qui serait responsable de cette anomalie. Cette zone agirait comme un masque pour les rais sismiques la traversant, ce qui est flagrant pour les stations 2-7 et 2-11.

5.6. CONCLUSION

Les anomalies de bruit de fond sismique confirment le caractère anormal des sites Habitation Muscade et Bois Malher. Cependant l’aspect très qualitatif de la méthode, ses incertitudes quant à l’explication des anomalies et le manque de points de mesure complémentaires pour produire une carte plus consistante, nous font considérer ce résultat comme secondaire et peu significatif en terme d’exploration géothermique.

Malgré un temps d’enregistrement très couri, le suivi microsismique de 1984 a apporté quelques informations sur la sismicité de la zone. La Baie de Bouillante et son pourtour semblent être peu sismiques, ce qui serait confirmé par les 10 semaines d’enregistrement de 1998. Par contre les stmctures en mer ont montré de l’activité en 1984, ainsi que la zone des Mamelles en 1998. Cela n’a pas de conséquences directes sur notre connaissance des réservoirs géothermiques. Si ce n’est que la sismicité est la marque d’une fracturation entretenue et donc propice à la circulation de fluides. Les informations sur l’atténuation sont intéressantes, bien que parcellaires et qualitatives, et s’ajoutent aux éléments sur le site d’Habitation Musaade.

La campagne d’enregistrement de 1998 n’a pas eu de résultats probants du point de vue de la microsismicité induite par la stimulation hydraulique (Gaucher, 1998). L’ensemble du volume d’eau a été injecté à des pressions relativement basses de façon à ne pas créer de fracturation hydraulique. Le fluide a été totalement absorbé au cours de l’injection, sans rencontrer de résistance particulière, indiquant qu’il empruntait des chenaux (hctures) déjà existants. Cela est en accord avec un état de contrainte en tension, compatible avec le système de failles normales observé en surface. S’il y a eu quand même fracturation, celle-ci n’a pu résulter que du gradient thermique entre l’encaissant et le fluide injecté. Cette fracturation thermique, très faiblement sismique, n’a pas été détectée par le réseau.

40

Champ géothennique de Bouillante : synthèse des études géophysiques

6. Conclusion

L’ampleur des études géophysiques réalisées sur le site de Bouillante depuis 1973 est considérable. Au regard de la dernière analyse structurale (CFG, 1999), il apparaît qu’il aurait été intéressant de couvrir le pourtour nord et nord-ouest de la baie avec la même densité de stations de mesures uiilisée pour la zone des puits productifs, au sud de la baie.

Si les interprétations fournies par les différentes méthodes utilisées sont finalement plus qualitatives que quantitatives, du fait des incertitudes de mesure liées aux difficultés d’accès, au climat et aux periurbations industrielles, les résultats Finaux fournissent un faisceau d’argument qui ne peuvent pas être ignorés dans le choix du ou des futurs sites d’exploration.

Deux zones retiennent l’attention en tant que cible géothermique : Habitation Muscade et l’axe Pointe Lézard-Pointe Marsolle.

Sur la première, cette synthèse apporte peu d’éléments nouveaux par rapport au travail de juin 1986, car, d’une part, la réinterprétation de la gravimétrie n’a fait que confirmer la présence d’une anomalie lourde et, d’autre part, l’étude de géologie structurale et la bathymétrie de 1999 concernent principalement la Baie de Bouillante. Il est à noter que cette zone a été couverte par presque toutes les méthodes géophysiques et que son principal intérêt était de prolonger la zone géothermique de B02-BO4 vers le SE. Nous limiterons à reprendre les termes, déjà cités, de l’auteur du rapport de 1986 :

u Les conducteurs inférieurs à 1 R m et très lourdî que l’on renconke sous Habitation Muscade pourraient correspond-e à un niveau hydrothennalisé actuel (ou très récenî) de type Sev Sealing, provoqué par la renconpe de fluides chaudî et minéralisés, marqués par la remontée du conducteur pro/ond et de fluides froids qui s’écoulent en profondeur, autour de cette zone. Il s’agit là d’une architecture iypique de réservoir géothermique haute enthalpie n

Quant à l’axe Pointe Lézard-Pointe Marsolle, c’est une importante structure EO qui est à l’origine de nombreuses manifestations hydrothermales, à terre et en mer. Elle est marquée en particulier par une remontée des isothermes et un conducteur superficiel détecté à l’ouest par i’Ah4T et à l’est par le MELOS et la méthode du rectangle (plus en profondeur pour cette dernière), Les autres méthodes géophysiques n’ont soit, rien détecté de notable (gravimétrie), soit pas été utilisées dans cette zone (MT, sismique).

Cependant, sur la bordure est de cet axe conducteur pointe Marsolle), la gravimétrie met en évidence un axe léger NE-SO, confirmé par le rectangle et le MELOS. La bathymétrie montre que celui-ci se prolonge en mer sur au moins un kilomètre par un alignement de petits cônes (Fig. 5). Cet axe pourrait être une direction préférentielle de circulation de fluides fioids en provenance des appareils volcaniques situés à l’est et au nord-est de la baie. Au fur et à mesure que ces fluides se rapprochent des zones à fort

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gradient de température près de la côte, un phénomène de mélange avec les eaux géothermales s’effectue et leur résistivité électrique baisse, d’où l’anomalie observée avec la méthode rectangle, le MELOS et I’AMT. En ce qui concerne la source de chaleur, il semblerait qu’elle soit située au centre de la baie, au w des dernières campagnes de prélèvement géochimique.

La nature réelle de cet axe léger NE-SO est, par contre, mai définie : axe structurai ou coulée de lave bien individualisée. De même, il reste à comprendre pourquoi il n’a pas été mis en évidence par l’analyse structurale, alors que sa signature bathymétrique est indéniable.

Un programme d’études géophysiques complémentaires devrait comprendre : - une campagne de gravimétrie avec densité plus élevée de stations et interprétation

en trois dimensions ; des profils sismiques terre-mer (avec source de sismique réflexion traînée en mer par un bateau) ; une méthode de prospection électrique avec source artificielle, du genre panneau électrique avec interprétation en deux dimensions.

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