de la terre
genevo1se •
EPUIS fort longtemps, les sciences de la terre consti-tuent un do-maine de pré-dilection pour les scientifiques de notre ville: les Horace Benedict de Saussure (1740-1799), les frè-res Deluc, etc., sont là pour le démontrer. C'est notamment Jean-André Deluc (1727-1817) qui adopta le terme de << géo-logie>> en lieu et place de << cos-mologie>> pour désigner «la con-naissance de la terre>>. Parmi les disciplines fondamentales de la géologie, deux d'entre elles, d'ail-leurs complémentaires, ont pré-occupé les na curai isres de pu i l'Antiquité: en effet, des écrits fort anciens portent sur la pa-léontologie et la stratigraphie. Pourquoi un tel intérêt pour ces deux domaines? La raison en est simple. La paléontologie, sciences des fossiles, touche à la vie et à son histoire, tandis que la strati-graphie, étude des couches de terrains (ou strates), s'attache à la formation et à la datation des roches sédimentaires, donc abor-de la quatrième dimension: le temps. Savoir interpréter les fos-siles, c'est comprendre l'évolu-tion. Savoir interpréter la strati-graphie, c'est appréhender le temps durant lequel-des couches se sont déposées.
La région genevoise et sa-voyarde offre aux naturalistes des possibilités de recherche illimi-tées en stratigraphie et en pa-léontologie. Genève se trouve au cœur d'un laboratoire naturel exceptionnel et on comprend que les montagnes l'environnant aient suscité l'intérêt des chercheurs.
On dénombre, par exemple, plus d'une centaine de travaux sur la stratigraphie et la paléontologie du Salève depuis que H. B. de Saussure en donna une descrip-tion en 1779. Soutenu par le Fonds national suisse de la re-cherche scientifique et avec l'aide de la Société académique de
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Genève, le Département de géo-logie et de paléontogéo-logie poursuit dans ce domaine une activité importante.
Cette connaissance approfon-die de la géologie de leur sol, doublée des compétences métho-dologiques nécessaires à son ob-tention, a permis aux géologues genevois de contribuer de ma-nière significative à la recherche de sources d'énergie dans la ré-gion. Ils assurent en particulier des expertises pour des compa-gnies pétrolières telles BP, Eu-rafrep, Coparex ou pour la Com-mission géothermique suisse, le Service cantonal de géologie, les
L'énergie
Paroi basaltique, planche illustrant le livre de B. Faujas de Saint-Fond sur la région volcanique de l'Auvergne.
1778.
Services Industriels de Genève et divers bureaux de géotechnique.
Recherches sur les hydrocarbures
Intrigués par l'écoulement sporadique et momentané d'hui-les lourdes dans la molasse tra-versée par la galerie du CERN lors de la construction du LEP, les géologues de la compagnie BP-France entreprirent, entre 1982 et 1985, une campagne de sept forages dans le bassin molassique genevois, mais sur territoire
fran-Puits profonds forés en Suisse
(hydrocarbures, stockage
des déchets, transverses alpines)
AG Thun
Boswil Tschugg
Bëttstein Oeschinensee Kaisten Weiche Gesteine
Koblenz BL
Leuggern /\!!~ch·.vi!
Rietheim
Ri ni ken Reina ch Schafisheim Ru ppoltsried
Zurzach Welherfeld la région genevoise
• Puits pétrolier Genève. Le but de cette explora-tion était d'évaluer avec des méthodes géologiques modernes le potentiel pétrolier de la mo-lasse du bassin genevois limité par le Jura, le Vuache et le Salève. Cette étude stratigraphi-que, paléontologique et sédimen-tologique a été confiée en 1982 par HP-France au Département de géologie et de paléontologie de l'Université de Genève.
Avant d'exposer la méthodo-logie employée, il faut rappeler que les hydrocarbures s'emmaga-sinent naturellement dans des roches très poreuses dites roches-réservoirs. Ce sont des roches for-mées le plus souvent d'éléments grenus millimétriques, où les hy-drocarbures vont occuper les vides entre les grains. Plus la roche est grossière et bien classée (grains de quelques millimètres), plus la porosité est grande et donc plus les hydrocarbures au-ront tendance à occuper les vides entre les grains. Evaluer le poten-tiel pétrolier du bassin genevois revient donc à déterminer l'ex-tension des zones poreuses de la molasse et à repérer des sites où des forages d'essai pourraient être tentés. Pour arriver à cette con-naissance, le géologue doit re-constituer les candi ti ons paléo-géographiques, c'est-à-dire le mo-dèle sédimentaire auquel a été soumis le bassin genevois il y a environ vingt-cinq millions d'an-nées. Grâce à l'étude stratigra-phique, paléontologique et sédi-mentologique des carottes de fo-rages faites par BP-France, des carottes mises à disposition par le CERN, et des affleurements de surface (notamment à la Roula-vaz près de Dardagny), l'environ-nement dépositionnel de la mo-lasse du bassin genevois a été
re-constitué. Il en est ressorti que ces types de dépôts ne pouvaient offrir que peu de possibilités de réservoirs suffisamment étendus pour emmagasiner des hydrocar-bures en grande quantité.
La société BP-France a pour-tant produit quelques barils d'hui-le lourde. Toutefois, au prix ac-tuel du baril de pétrole, les trop faibles quantités présentes n'ont pas permis de poursuivre peut être localement intéressant et tout à fait rentable: la compa-gnie Elf l'a démontré en exploi-tant quelques forages de ce type, notamment dans le bassin d'Aquitaine. En effet, de tels fo-rages peuvent couvrir les besoins de petites industries locales. Cela n'a pas été le cas dans le bassin genevois. Cependant, quand bien même il n'a pas donné les résul-tats escomptés, cet essai montre comment des recherches strati-graphiques, sédimentologiques et paléontologiques, qui pourraient paraître de prime abord unique-ment théoriques, contribuent à résoudre des problèmes concrets tels que ceux posés à la d'énergie dans le bassin genevois:
il réalise, d'entente avec le géo-logue cantonal, différentes exper-tises en vue de localiser les sites susceptibles d'accueillir des fo-rages géothermiques. Il faut dire
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que la Confédération subvention-ne, sur la base des dispositions fédérales sur les énergies renouve-lables, les cantons qui entrepren-nent des recherches sur l'énergie solaire, éolienne ou géothermi-que. Le canton de Genève travail-le notamment au développement de la géothermie: sur décision du Service cantonal de géologie, les spécialistes du Département de géologie ont été mandatés pour interpréter les résultats d'une carn-pagne de géophysique, effectuée dans le canton par la Compagnie française de géophysique, et pour dresser la carte du sous-sol et des sites propices à la géothermie.
L'objectif du Service cantonal de géologie était de déterminer la profondeur à laquelle on trouve de l'eau atteignant une tempéra-ture de plus de 45 degrés et qui pourrait s'avérer utilisable pour chauffer certains ensembles d'im-meubles de la région genevoise.
Dans ce contexte, la tâche des géologues a consisté à localiser en profondeur des roches qui, dans certaines conditions favorables, peuvent être suffisamment po-reuses et perméables pour conte-nir de l'eau chaude en quantité abondante. Une campagne de me-sures utilisant la technique dite de réflexion sismique a été effec-tuée en 1987 dans le bassin gene-vois. Cette technique consiste à sous-sol à partir d'un véhicule-labora-toire; ces ondes sont en partie réfléchies chaque fois qu'elles ren-contrent une interface entre des roches de densités différentes:
l'enregistrement du cheminement régionale, de reconstruire la phy-sionomie du sous-sol.
L'expertise réalisée par les géologues de la Faculté a notam-ment contribué à la réalisation prochaine d'un forage géother-mique à Genève. De plus, deux chercheurs du Département de géologie ont collaboré, au début de l'année 1992, à affiner la con-naissance de la profondeur des objectifs sur le site retenu pour le premier forage, ce qui permettra également de mieux le calibrer.
Les années futures diront si la géothermie devient dans les faits une énergie alternative utilisable à Genève. D'autre part, l'exper-tise en question a eu une consé-quence inattendue puisqu'elle a permis de repérer des lieux qui pourraient renfermer du gaz na-turel. Des investigations sont ac-tuellement menées pour le
Eponges à hydrogène La/5oratoire de cristallographie
Parmi les nouveaux vecteurs d'énergie qui pourraient s'imposer au siècle prochain, l'hydrogène figure en bonne place. Ses avantages sont en effet nombreux: il peut être produit en quantités quasiment illimitées, notam-ment à partir de l'eau (par hydrolyse); il ne pollue pas (sa combustion produit de la vapeur d'eau, qui forme à son tour des nuages, retombe en pluie et retourne ainsi au cycle naturel de l'eau); il est d'une grande efficacité énergétique; et il permet une produc-tion décentralisée (il suffit actuellement de 1 00 m1 de capteurs solaires photo-voltaïques sur le toit d'une maison pour produire l'hydrogène nécessaire à faire tourner !e moteur d'une voiture).
Il reste cependant de nombreuses améliorations à faire en ce qui concer-ne le stockage pour que l'hydrogèconcer-ne puisse être réellement utilisé sur une grande échelle. C'est à ces améliora-tions que travaille le Laboratoire de cristallographie de la Faculté des scien-ces. L'hydrogène a en effet l'inconvé-nient de se présenter, à température et pression ambiantes, sous la forme d'un gaz très volatil qui prend beau-coup de place: il faut donc le com-primer ou le liquéfier, procédés coûteux et gourmands en énergie. Le Labora-toire a par conséquent concentré ses efforts sur une nouvelle méthode de stockage, faisant appel à des composés métalliques qui se comportent comme des éponges à hydrogène. Ces compo-sés (hydrures) se présentent sous la forme d'une poudre cristalline (fig. 1 ).
Chargés à température ambiante et sous une pression d'hydrogène de quelques atmosphères, ils absorbent le gaz et le stockent avec une densité effective quasiment double de celle de l'hydrogène liquide.
On récupère le combustible à plus basse pression en fonction des besoins et le nombre de recharges est pratique-ment illimité.
Le Laboratoire fait appel aux méthodes de radiocristallographie, telles que la diffraction des rayons X (fig. 2) et la diffusion neutronique, pour déterminer l'arrangement atomique des hydrures métalliques (voir l'exemple du composé Mg2FeH6, représenté dans la figure 3), un élément indispensable à la compré-hension des facteurs limitant l'absorp-tion de l'hydrogène. Les résultats obtenus à Genève en ce qui concerne la capacité de stockage sont actuellement parmi les meilleurs au monde. On entrevoit déjà de multiples applications, notamment pour alimenter certains types de moteurs. A titre d'exemple, le Laboratoire a conçu une tondeuse à gazon (fig. 4) fonctionnant à l'hydro-gène et dotée d'un réservoir à hydrures
Équipement de diffraction aux rayons-X
3.
Modèle de l'arrangement atomique dans le composé Mg2FeH6 (octaèdres: atomes d'hydrogène)
4.
Prototype d'une tondeuse à gazon fonctionnant à l'hydrogène
Energie solaire
Section de physique, GAP (Groupe de physique appliquée) «énergie solaire,
Le Groupe de physique appliquée effectue depuis plus de quinze ans des recherches dans le domaine de l'énergie solaire. Les axes les plus importants sont les suivants:
- Mesure et évaluation du gisement solaire, établissement de banques de données et développement de modèles mathématiques permettant l'étude quantitative du rayonnement solaire sur la base des données météorologiques habituellement connues. Le groupe dispose, et c'est un progrès significatif, des connaissances indispensables dans ce contexte.
- Un programme similaire concernant l'éclairage naturel vient de démarrer;
il est de prime importance pour ce qui concerne la gestion rationnelle de l'énergie dans les bâtiments.
- Le GAP a analysé les données portant sur plus de 6000 m2 d'installations de capteurs solaires pour la préparation d'eau chaude destinée au chauffage de bâtiments et/ou de piscines, à l'eau chaude sanitaire, à des industries alimentaires. L'installation Solarcad des SIG (Services Industriels Genevois), 1 000 m2 de capteurs connectés à un réseau de chauffage à distance, est un modèle du genre montrant que l'énergie solaire est capable, sous nos climats, de fournir de la chaleur à un niveau de 1 00° C avec de bons rende-ments. Ces analyses ont conduit à l'élaboration de méthodes fines permet-tant de mesurer, dimensionner et optimiser performances et installations de ce genre.
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GESTION DU MONDE ACTUEL
- Dans le domaine de la transformation directe de l'énergie solaire en électricité (photovoltaïque), le GAP continue à mener diverses études sur des installa-tions genevoises. Signalons le bon fonctionnement (aucune panne depuis plus d'un an) d'un système de 2 kW branché en direct sur les lignes de trolleybus des TPG (à 600 V continu).
Ici aussi, le but des analyses est de développer les bases quantitatives de tels systèmes.
- De nombreux travaux sont entrepris dans l'énergétique du bâtiment: réhabi-litation thermique d'immeubles administratifs et locatifs, rafraîchisse-ment passif, etc.
Tous ces travaux (la liste précédente n'est pas exhaustive) font l'objet d'étroites collaborations avec des insti-tuts, autorités politiques, ingénieurs et architectes, maîtres de l'ouvrage, parti-culiers, etc., tant sur les plans local, cantonal, fédéral qu'international. Ils illustrent le rôle de la physique appli-quée au service de notre société. 0
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L'énergie
1.
Installation TPG (Jonction), photovoltaïque 2kw branchés en direct sur les lignes 600 V continu des trolleybus TPG.
En fonction depuis 1990 (juin).
z.
Installation Solarcad des SIG (en fonction depuis 1985) située à l'usine à gaz et comportant 1 OOOm' de capteurs évacués. Ces derniers sont connectés au réseau /acal de chauffage à distance.