en domaine continental et de 100 mW m
en domaine oc´eanique (selon Pollack et al., 1993), soit 10 `a 13 TW pour l’ensemble des continents et 31 TW pour l’ensemble des oc´eans, soit un total de 41 `a 44 TW. L’essentiel de la chaleur terrestre est donc ´evacu´ee par les oc´eans, les continents, mauvais conducteurs de chaleur, agissant comme un isolant thermique. Les sources de chaleur sont le refroidissement s´eculaire et la radioactivit´e. Le refroidissement compte pour pr`es de 25 TW et la production radiog´enique atteint pr`es de 20 TW dont 8 TW pour la seule croˆute continentale (d’apr`es Davies et Richards, 1992 ; McDonough et Sun, 1995 ; Rudnick et al., 1998 ; Coltice et Ricard, 1999). Le rayonnement solaire est fort mais il n’intervient que tr`es peu dans le bilan thermique de la Terre : la partie r´emanente du rayonnement apr`es qu’une forte proportion ait ´et´e r´efl´echie maintient l’atmosph`ere `a une temp´erature constante, froide par rapport `a la temp´erature moyenne de la Terre.
1.2 D´etermination du r´egime thermique
La caract´erisation du r´egime thermique se fait par la densit´e de flux de chaleur, plutˆot que par la temp´erature ou le gradient g´eothermique, car cette grandeur n’est pas affect´ee par les variations lat´erales et verticales de lithologie et de conductivit´e thermique. La loi de
o`u est la conductivit´e et le gradient de temp´erature. La densit´e de flux de chaleur est la quantit´e de chaleur ´evacu´ee par unit´e de surface. A la surface de la Terre, elles se r´eduisent en g´en´eral `a une dimension :
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est la profondeur (l’axe$
est dirig´e vers l’ext´erieur).
Il n’existe pas de m´ethode directe utilisable en routine permettant de d´eterminer le flux de chaleur. Les donn´ees les plus fr´equemment utilis´ees sont les temp´eratures mesur´ees dans les forages. On conc¸oit alors imm´ediatement que la d´etermination du flux de cha-leur est soumise `a de nombreux facteurs qui accroissent l’incertitude (effets transitoires lors de l’acquisition, estimation des propri´et´es thermiques des mat´eriaux etc). En outre, les donn´ees sont tr`es in´egalement r´eparties (fig. 1.3.2) car elles sont intimement li´ees aux activit´es ´economiques. C’est pourquoi si les mesures thermiques en sous-sol remontent au 18&
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si`ecle, ce n’est qu’`a partir du milieu du 19& '+(*'
si`ecle que les acquisitions de-vinrent plus syst´ematiques avec l’expansion de l’exploration mini`ere (Jessop, 1990). Elles rest`erent cependant sporadiques. L’exploration intensive de l’industrie p´etroli`ere a accru consid´erablement le nombre de donn´ees disponibles mais celles-ci restent concentr´ees dans les secteurs potentiellement p´etrolif`eres. Les acquisitions de temp´eratures lors des forages p´etroliers constituent l’essentiel des sources. Plus marginalement (en domaine continental uniquement), les donn´ees de temp´erature sont obtenues dans les mines et galeries sou-terraines, ainsi que par les sondes-javelots. Cette derni`ere technique fournit en revanche l’essentiel des donn´ees en domaine oc´eanique. Afin de d´eterminer le flux de chaleur, il faut donc connaˆıtre, outre les deux valeurs de temp´eratures permettant de d´eterminer un gra-dient (temp´erature de surface et temp´erature en profondeur), la conductivit´e des mat´eriaux.
1.2.1 Acquisitions
Afin de d´eterminer la temp´erature en profondeur, il est n´ecessaire de prendre en consid´eration les perturbations du r´egime thermique associ´ees `a la technique employ´ee (cf. Beck et Balling, 1991).
de temp´erature `a deux profondeurs distinctes dans les s´ediments, ainsi que la conductivit´e mesur´ee in situ. Ces techniques, employ´ees souvent `a des fins acad´emiques, permettent essentiellement de quantifier le flux de chaleur en domaine oc´eanique. Elles sont occasion-nellement utilis´ees en domaine lacustre (e.g. Sclater et al., 1970). Les corrections `a apporter concernent le r´echauffement par friction lors de l’insertion du javelot.
Les acquisitions de temp´erature dans les galeries souterraines sont tr`es perturb´ees par la circulation de fluides (eau et air). En outre, les mesures de conductivit´e dans les mines sont affect´ees par la distribution des min´eralisations dont la conductivit´e varie drastiquement.
Les donn´ees de puits constituent l’essentiel des donn´ees disponibles. Les mesures dans les puits en production lors des tests de pression sont marginales. La temp´erature des fluides exprim´es donne la temp´erature `a la profondeur du r´eservoir. Les donn´ees proviennent en majorit´e des mesures de fond de forage (Bottom Hole Temperature : BHT). C’est la temp´erature des fluides pr´esents dans le puit qui est mesur´ee ; les effets transitoires dus au forage (introduction de la boue froide depuis la surface) sont enregistr´es et affectent la valeur mesur´ee jusqu’`a pr`es de 10, C. Il est n´ecessaire d’appliquer de nombreuses correc-tions empiriques (e.g. Horner, 1951 ; Luhesi, 1983 ; Deming et Chapman, 1988 ; Deming, 1989) afin de restaurer la temp´erature en r´egime permanent (Virgin Rock Temperature : VRT). Ces m´ethodes permettent d’extrapoler la temp´erature en r´egime permanent `a partir de plusieurs donn´ees en r´egime transitoire. Si ces donn´ees pr´esentent une large incertitude, leur abondance les rend repr´esentatives. La conductivit´e thermique des roches est souvent mesur´ee en laboratoire. Des revues des techniques de d´etermination de la densit´e de flux de chaleur sont donn´ees par Jessop (1990), Beck et Balling (1991), ou Prensky (1992).
1.2.2 L’exemple du Subandin bolivien
Le chapitre 2 illustre r´egionalement l’utilisation pratique des donn´ees de fond de puits. Une base de pr`es de 1400 donn´ees de couples temp´erature-profondeur a pu ˆetre collect´ee dans les diff´erentes compagnies p´etroli`eres au cours d’une mission en Bolivie en aoˆut 1999. La dispersion des donn´ees, la connaissance in´egale des conditions d’acquisitions des temp´eratures rend les techniques de correction empiriques d´elicates. N´eanmoins, un proto-cole de correction statistique a ´et´e appliqu´e en suivant la d´emarche de Springer et F¨orster (1998). Les donn´ees sont corrig´ees selon les informations disponibles. Lorsque plusieurs
fin de la circulation de la boue de forage-/.10324. et le temps de la mesure-/5 . Les temp´eratures en r´egime permanent687 sont donn´ees par la relation suivante :
697;:=<?>@6?A1-B5BC8DFEGIH J8K D -L.)0M24. -B5ONQP (1.2.3) o`u<?>R6SA1-/5BC est la temp´erature mesur´ee en r´egime transitoire,67 est laTVU"6 (temp´erature en r´egime permanent), E est la pente de la “droite de Horner” qui est connue si plusieurs valeurs sont disponibles pour un mˆeme point et que le d´elai d’acquisition est connu. Na-turellement, ce cas est peu fr´equent et Deming (1989) propose un d´elai de 5h pour une correction statistique. Luhesi (1983) et Springer et F¨orster (1998) estiment que l’incerti-tude produite par ce choix arbitraire est tr`es faible au regard des temp´eratures consid´er´ees. Les donn´ees o`u seules temp´eratures et profondeurs sont disponibles sont corrig´ees en at-tribuant la pente de Horner moyenne d´etermin´ee par les situations voisines o`u davantage d’informations sont disponibles.
L’ensemble des donn´ees corrig´ees pour le Subandin bolivien est donn´e figure 1.2.1. Apr`es correction, les donn´ees restent dispers´ees, mais il existe un g´eotherme moyen, lin´eaire (tiret´es), qui s’´ecarte peu des valeurs moyennes calcul´ees par intervalles de 50 m (trait plein). Sa pente est de 22,7W C kmXZY et il intercepte la surface avec une valeur de 22,6W C, qui correspond `a la temp´erature moyenne annuelle pour le Subandin boli-vien (Wernstedt, 1972). L’´ecart-type est constamment de l’ordre de 10W C (hormis en dec¸`a de 4000 m) ; le fait qu’il ne diminue pas lorsque la profondeur d´ecroˆıt l’influence des ph´enom`enes superficiels qui perturbent fortement le r´egime thermique dans les premiers kilom`etres. Le g´eotherme lin´eaire a une valeur r´egionale puisqu’il moyenne ces perturba-tions. Prendre une conductivit´e moyenne ayant une valeur r´egionale augmente l’incertitude. Il est pr´ef´erable de travailler sur chaque puit en introduisant les profils de conductivit´e cor-respondant aux lithologies locales et d’int´egrer l’histoire thermique de chacun d’eux (cf. chapitre 2). Les r´esultats obtenus sugg`erent un flux moyen de 50 mW mX\[ , ce qui corres-pond, pour le g´eotherme lin´eaire, `a une conductivit´e moyenne de 2,2 W mXZY KXZY . Cette valeur est l´eg`erement plus basse que la moyenne des conductivit´es propos´ees par Henry et Pollack sur les roches du Subandin (1988).
2000
4000
6000
z (m)
FIG. 1.2.1 – Temp´eratures de fond de puits (BHTs) dans le Subandin bolivien, apr`es cor-rection. Les tiret´es donnent la r´egression lin´eaire des donn´ees, le trait plein les valeurs moyennes par intervalles de 50 m, et les pointill´es donnent l’´ecart-type autour de cette valeur moyenne.