Responsable du site de Majorque : Philippe Pézard

Le site de Majorque est situé à Ses Sitjoles (12 000 m2), au SE de l’île. Il s’agit d’un aquifère en domaine carbonaté récifal (Miocène) très perméable, présentant quelques cavités kartisques à échelle métrique. Dans cette zone, l’agriculture intensive et l’irrigation provoquent une surexploitation des nappes phréatiques qui a pour conséquence l’intrusion d’eau saline jusqu’à 15 km à l’intérieur de l’île, et donc la pollution des nappes en chlorure. Le site expérimental comprend un réseau de 12 forages profonds (100 m), dont 6 entièrement carottés. le site est suivi par une équipe de l'UMR Géosciences Montpellier pour :

  • La caractérisation in-situ du site par des campagnes de mesures en forage : structure géologique traversée (imagerie de parois), caractérisation pétrophysique (électrique, acoustique, radioactivité naturelle) et caractérisation des écoulements par des méthodes hydrogéophysiques (débit, potentiel spontanée, comportement hydro-dispersif,…)
  • La caractérisation pétrophysique et tomographique RX des carottes
  • Le suivi continu in-situ du réservoir avec de nouveaux observatoires géophysiques (igeo-SER) permettant une mesure périodique (horaire ou quotidienne) de paramètres tels que la résistivité électrique ou le potentiel électrocinétique, et hydrodynamique (piézomètres Hydreka) pour une mesure des champs de pression, de température, ainsi que de la charge ionique des fluides in-situ.
  • L’échantillonnage régulier puis l'analyse des fluides in-situ.
  • L’analyse des données de suivi in-situ pour étudier la réponse du réservoir aux sollicitations extérieures aussi bien naturelles (climatiques, tectoniques, pompages,...) qu’induites dans le cadre d’expériences (injection d’un traceur, d’écoulement longue durée).
  • La simulation et modélisation des processus de transfert dans le réservoir.

1. Objectifs scientifiques

Le site de Majorque (Baléares, Espagne) a été initialement mis en place dans le cadre du projet européen ALIANCE (FP5; 2002-2005). Le site est situé au lieu dit « Ses Sitjoles », à 8 km au SW de la ville de Campos, dans la partie SE de l’île de Majorque. Il consiste en un réseau de 12 forages de 100m de profondeur (dont 7 entièrement carottés) disposés sur un site d’un hectare (100 m de côté). Ces forages traversent les formations récifales Miocènes du sud-est de l’île, à 6 km à de la côté Méditerranéenne. Dans cette zone, la faiblesse du réapprovisionnement et la surexploitation d’origine agricole ont pour conséquence la présence d’une intrusion d’eau saline jusqu’à 15 km à l’intérieur de l’île, et donc la pollution des nappes en chlorure. A Ses Sitjoles, le début de la transition entre eau douce (1,5 g/l) et eau salée (3 g/l) est localisée ~ à 60 m de profondeur. Le milieu est totalement saturé en eau de mer vers 75 m de profondeur. La base de l’eau douce correspond à celle du cœur très hétérogène du récif, l’intrusion se situant dans la partie plus homogène construite dans un contexte de talus.

Le site de Majorque (Campos) est à la fois un site d’observation et un site d’expérimentation.

Site d'observation

  • d'une intrusion salée en contexte insulaire et semi-aride,
  • de l'impact d'une surexploitation d'origine agricole cette intrusion.

 

 Site de recherche et d'expérimentation

  • la structure hétérogène des formations récifales, sur une gamme d'échelles allant du µm (RX) à 100 m (profondeur d'investigation),
  • le caractère hétérogène des écoulements en contexte récifal,
  • la diagenèse des carbonates en contexte d'intrusion saline.

 

Figure 1: Site expérimental de Campos (SE de Majorque, Espagne). a) Iles Baléares. b) Affleurement de Cabo Blanco, 15 km à l’ouest du site de Ses Sitjoles. c) Carte du site expérimental. Les forages carottés et destructifs sont respectivement représentés par des étoiles rouges et des ronds verts. Les ronds bleus et les triangles correspondent à des forages préexistants (Pezard et al., 2008, submitted).

 

2. Les suivis effectués et principales expérimentations menées sur site

Des campagnes de mesures en forage permettent une caractérisation in-situ du site expérimental: caractérisation de la structure géologique traversée (imagerie de parois), caractérisation pétrophysique des formations rencontrées (électrique, acoustique, radioactivité naturelle) et caractérisation des écoulements par des méthodes hydrogéophysiques (débit, potentiel spontanée, comportement hydro-dispersif,…).

De la géophysique de surface (sismique, électrique, radar) est également déployée sur le site expérimental pour obtenir une caractérisation 3D de la structure hétérogène du réservoir (en collaboration avec UPPA).

 

Figure 2: Mesure de géophysique en forage et imagerie de parois dans le forage MC8. a) Image optique sur un intervalle de 1.5m avec la présence d’une zone karstique à la base. b) Contenu en uranium (noir), thorium (bleu) et potassium (rouge), les pics en uranium correspondant à la présence d’algue rouge. c) Courbe de gamma ray total (bleu) et conductivité du fluide (noir). Cette dernière courbe met en évidence la transition entre eau douce à eau salée. d) Potentiel spontané mesuré avec la sonde MuSET (« Multi-Sensors Electrical tool ») (rouge) comparé aux données de débit mesurées avec le heat-pulse flowmeter (point noir). La bonne corrélation entre ces données souligne que le potentiel spontané est dominé par le potentiel électrocinétique associé aux écoulements radiaux autour du forage. (Pezard et al., 2008, submitted).

 

Des suivis sont également menés sur le site de Majorque afin d’étudier la réponse du réservoir aux sollicitations extérieures aussi bien naturelles (climatiques, précipitations,…) qu’anthropiques (pompage, expériences, injection de traceurs…). Ces données sont nécessaires pour caractériser et modéliser les processus de transferts dans le réservoir et, en particulier, étudier la dynamique de la zone de transition à l’interface entre eau douce/eau salée.

 

Les suivis effectués sont les suivants :

  • Pression, température et conductivité des fluides sur plusieurs niveaux en continu :

Deux capteurs piézométriques sont placés depuis début 2008 dans MC8 respectivement à 60 et 70 m de profondeur. Ils  enregistrent des mesures de pression, température, conductivité et pH tous les 15 minutes.

Un capteur identique était positionné d'octobre 2006 à octobre 2008 dans le puits de pompage "Well North", à quelques mètres de profondeur, enregistrant les 4 paramètres cités ci-dessus toutes les 2 heures.

  • Chimie des fluides sur 7 niveaux, avec focalisation sur la zone de transition, de façon trimestrielle :

Cette mesure a été réalisée dans MC2  avec un échantillonneur aux profondeurs suivantes : 40, 58, 65, 70, 75 et 85 m. Ces échantillonnages sont renouvelés de façon trimestrielle, dans le même puits, aux six profondeurs précédentes et, en rajoutant une valeur entre 65 et 70 m. Ces mesures seront par la suite réalisées avec l'outil SHyFT (« Slimline Hydraulic Formation Tester »).

  • Résistivité électrique quotidienne en forage, avec focalisation sur la zone de transition :

Des mesures de résistivité sont enregistrées dans MC9 tous les mètres, de 39,50 à 83,50 m de profondeur. Il s’agit d’une mesure journalière et les données sont transmises à Géosciences Montpellier via GSM.

Les principales expérimentations hydrodynamiques effectuées sont les suivantes :

  • essais par pompage et injection entre obturateurs,
  • flowmeter tests,
  • traçages hydrodispersifs avec la sonde CoFIS (« Controlled Fluid Injection Sonde »).

 

Figure 3: Mesures de résistivité obtenues avec l’observatoire électrique de résistivité implanté dans MC9. Comparaison avec des mesures d’induction dans MC8 qui montre le bon fonctionnement de l’observatoire.

 

3. Collaborations

Ces projets impliquent actuellement des collaborations avec TOTAL (Pau/équipe carbonates),  l'UPPA (université de Pau; équipe d'imagerie géophysique), le CEREGE (Gilbert Camoin, pour la diagenèse des carbonates), le Ministère de l'Environnement des Baléares (pour le contexte local, le carottage de nouveaux puits, et le suivi temporel de certaines actions de monitoring).

 

4. Valorisations des données

Les campagnes de mesures réalisées sur le terrain, en forage et en surface, apportent une caractérisation géologique et hydrogéologique du site à des échelles allant du mm à la centaine de mètres. Des mesures complémentaires, essentiellement de la pétrophysique, sont également obtenues en laboratoire sur les carottes disponibles permettant ainsi une description fine des différentes formations traversées et de leurs propriétés physiques. L’ensemble de ces données fournit une connaissance détaillée du site (Jaeggi, 2007; Maria-Sube, 2008, submitted) qui est indispensable pour toute personne travaillant ou souhaitant travailler sur cette zone.

Des données originales, mesurées avec de nouvelles sondes d’exploration du sous-sol développées dans le cadre d’ALIANCE, sont également disponibles pour le site de Campos. Il s’agit par exemple de la caractérisation hydrodynamique par push-pull du réservoir (Cofis) (Gouze et al., 2008) et de la description des écoulements de fluides à l’aide du potentiel spontanée (Muset) (Pezard et al., 2008, submitted). Ces données devraient être prochainement complétées par de nouvelles mesures in-situ de la perméabilité obtenues avec la sonde Shyft. De plus, l’implantation d’un observatoire géophysique de résistivité automatique va permettre l’enregistrement, sur du long terme, de chroniques quotidiennes permettant de décrire précisément la dynamique temporelle de la transition entre eau douce et eau salée.

Outre la participation des différents partenaires du projet ALIANCE, différentes équipes et organismes de recherches, français et européens, contribuent actuellement à l’acquisition et l’analyse des données. Ceci donne lieu aux collaborations citées précédemment.

La valorisation des données s'effectue dans le cadre de thèse, d'articles, ou de nouvelles expérimentations. Il y aura assez peu de données manquantes à la fin des deux thèses en cours (2010), avec une capacité intacte d'expérimentation in-situ et la possibilité, au besoin, de réalisation de nouveaux forages.

Le site est accessible à l'ensemble des chercheurs de la communauté scientifique pour le développement de nouveaux outils ou de nouvelles méthodes. Les données réunies sur ce site seront progressivement accessibles à tous sur le web, à travers la base de données mise en place par l’observatoire.

 

5. Programmation

La programmation suit la réalisation des deux thèses en cours, avec une moyenne de 4 à 6 interventions de terrain par an sur le site.

Etude de l'hétérogénéité de la structure :

  • à échelle du m à 100 m avec des techniques de géophysique de surface ou en forage (sismique, électrique, radar),
  • synthèse et complément des données diagraphiques relatives à la porosité,
  • acquisition de nouvelles mesures in-situ de perméabilité dans les puits MC2 et MC10 avec la sonde SHyFT,
  • analyse de la porosité méso-échelle à partir des images de paroi,
  • synthèse des mesures pétrophysiques sur carottes de JAEGGI (MC3/MC5), MARIA-SUBE (MC2) et TOTAL (MC10),
  • analyse pétrophysique des profils continus d'images RX dans MC10 et MC11.

Etudes des processus diagénétiques :

  • étude des processus anciens, sur carottes (MC2 et MC10), avec des profils pétrophysiques venant de mesures sur carottes ou de tomographie RX sur des horizons minéralisés spécifiques (25 m),
  • étude des processus actuels et naturels, avec profils de pH dans la zone de transition,
  • étude des processus actuels et de façon expérimentale, que ce soit sur carotte (MC2 ou MC10), ou in-situ, avec injection de bulles d'eau douce dans la séquence actuellement saturée d'eau salée.

Etude du caractère hétérogène des écoulements en milieu carbonaté récifal,

en laboratoire (en se focalisant sur le transport réactif) ou in-situ, à l'aide des sondes CoFIS et H2E.