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Beauchamps , Gildas , 1991-....

Ledesert , Béatrice

Dubois , Michel , 19..-.... , géologue

Patrier , Patricia

Lardeaux , Jean-Marc

Dezayes , Chrystel

Genter , Albert

Haffen , Sébastien , 1983-....

Université de Cergy-Pontoise , 1991-2019

École doctorale Sciences et ingénierie , Cergy-Pontoise, Val d'Oise

Laboratoire Géosciences et Environnement , Cergy-Pontoise

Caractérisation d'un paléo-système géothermal de haute température exhumé, par étude des minéraux argileux et géothermométrie sur quartz et chlorite (Terre-de-Haut, archipel des Saintes, Guadeloupe) , Gildas Beauchamps ; sous la direction de Béatrice Ledesert et de Ronan Hebert

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Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)

Partenaire(s) de recherche : Laboratoire Géosciences et Environnement (Cergy-Pontoise) (Laboratoire)

Autre(s) contribution(s) : Michel Dubois (Président du jury) ; Béatrice Ledesert, Ronan Hebert, Michel Dubois, Patricia Patrier, Jean-Marc Lardeaux, Chrystel Dezayes, Albert Genter, Sébastien Haffen (Membre(s) du jury) ; Patricia Patrier, Jean-Marc Lardeaux (Rapporteur(s))

Thèse de doctorat Sciences de la terre et de l'univers - Cergy Cergy-Pontoise 2019

La situation géodynamique de la Basse-Terre de Guadeloupe sur l arc des Petites Antilles marquée par un volcanisme actif, est favorable au développement de la géothermie haute-enthalpie. Ainsi, en 1986, la centrale géothermique de Bouillante a été mise en production. Le programme Geotref (plate-forme pluridisciplinaire d innovation et de démonstration pour l exploration et le développement de la GEOThermie haute énergie dans les REservoirs Fracturés), financé par l ADEME dans le cadre des Investissements d Avenir, vise à explorer les possibilités de développer la géothermie au Sud de Bouillante, dans le secteur de Vieux-Habitants. Cependant, en raison de la présence de nombreuses coulées volcano-clastiques récentes, peu d indices de surface de la présence d un réservoir géothermique y sont visibles. L île de Terre-de-Haut (archipel des Saintes) est considérée comme un analogue exhumé du système géothermique de Bouillante (Verati et al., 2016) et représente une zone clef pour étudier les paléo-altérations hydrothermales. Afin de déterminer les critères pétrographiques et minéralogiques des paléo-altérations hydrothermales et aussi caractériser les paléo-fluides en termes de composition et de température, cette étude propose de coupler les approches pétrographique, minéralogique, géochimique et géothermométrique menées par diffraction des rayons X, analyses microsondes, thermométrie sur chlorite et étude d inclusions fluides dans des quartz néoformés. Les minéraux argileux présentent une distribution concentrique à l échelle de l île (chlorite au centre, smectite en périphérie, et illite entre les deux). La similitude de cette zonation avec celle observée en profondeur à Bouillante, permet d interpréter cela comme une section horizontale affichant un gradient de température latéral. La géothermométrie sur chlorite est basée sur un modèle développé pour les contextes de basse température et basse pression (T<350C et P < 4 kbar ; Bourdelle et al., 2013). Elle a été appliquée sur les chlorites identifiées à Terre-de-Haut ainsi que sur les chlorites de Bouillante grâce aux analyses chimiques de la littérature (Mas et al., 2006). Les résultats montrent une grande différence des températures estimées entre les chlorites de Terre-de-Haut (environ 120C) et celles de Bouillante (environ 230C, en accord avec les températures mesurées dans les forages de Bouillantes ; Mas et al., 2006). La microthermométrie des inclusions fluides sur les quartz ont montré deux épisodes de croissances enregistrés dans le cœur du cristal et sa périphérie. Ces quartz ont cristallisé à partir de fluides de basse salinité (<= 2% NaCl, typique des eaux météoriques) avec une température minimum de piégeage de 250-280C dans le cœur et de moins de 70C dans les zones de croissance externes. Ces deux évènements peuvent être interprétés comme un enregistrement du refroidissement des fluides durant l évolution du système géothermal. Les inclusions fluides d un second échantillon de quartz, indiquent un épisode de circulation peu profond à CO2 et basse température (<=70C). Cette étude montre que la zonation des minéraux argileux à l affleurement à Terre-de-Haut est similaire à celle observée dans les forages du système actif de Bouillante. Cependant, les températures estimées pour la formation de certains minéraux néoformés (chlorite notamment) indiquent que certains épisodes d altérations se produisent à des températures plus faibles que la circulation de fluide dans le système géothermique actif de Bouillante, et pourraient représenter des témoins de la fin de vie du système géothermal de Terre-de-Haut.Les résultats de cette thèse montrent que l étude des minéraux argileux et les données de géothermométrie sur les minéraux néoformés (chlorite et quartz), permettent par conséquent d apporter de nouvelles contraintes dans la caractérisation du paléo-système de Terre-de-Haut et son évolution, en particulier sur la fin de vie du système géothermal.

Due to its geodynamic location on the Lesser Antilles arc, Basse-Terre of Guadeloupe displays an active volcanism which is favorable to the development of geothermal energy associated to power generation. Thus, thirty years ago, the Bouillante geothermal field was brought into production and now produces 15 MWe (Bouchot et al., 2010).The Geotref program (a multidisciplinary platform for innovation and demonstration activities for the exploration and development of high geothermal energy in fractured reservoirs) funded by ADEME in the frame of Les Investissements d Avenir program, aims to investigate the high enthalpy geothermal potential in the Vieux-Habitants area, located south of Bouillante. However, because of recent volcano-clastic deposits, surfaces showing the presence of a geothermal reservoir are rare. Terre-de-Haut island (Les Saintes archipelago) is considered as an exhumed analog of the deep geothermal system of Bouillante (Verati et al., 2016) which represents a key area to study the paleo-hydrothermal alterations. To characterize the paleo-hydrothermal alterations in terms of composition and temperature, and to determine the mineralogical and petrographic features of the paleo-hydrothermal alterations, we propose to couple petrographic, crystallographic, geochemical and geothermometric approaches, i.e. X-ray diffraction (XRD), microprobe analysis (EMPA), chlorite thermometry and in-quartz fluid inclusion study (FI) on selected samples. A link is also established with the petrophysical properties of the altered.The clay minerals display a specific concentric distribution at the scale of the island, with chlorite crystallization in the core, smectite in the surroundings, and illite in an intermediate halo. Considering the data obtained in boreholes in Bouillante, which show that illite and chlorite are in the deeper parts, chlorite being located in the heart of the geothermal reservoir (Bouchot et al., 2010), the clay distribution allows to identify the temperature profile. Hence, thanks to the exhumation, we are looking to a horizontal section through the paleo-system of Terre-de-Haut, where we observe a lateral temperature gradient.Chlorite geothermometry, based on a model specifically developed for low temperature contexts (T < 350C) and pressures below 4 kbar (Bourdelle et al., 2013), has been applied on chlorites from both Terre-de-Haut paleo-system and from the active geothermal system of Bouillante. The results show a strong difference between the temperature estimates for chlorite formation on Terre-de-Haut (around 120C) and for Bouillante (around 230C, in agreement with the temperature measured in boreholes in Bouillante; Mas et al., 2006).Fluid inclusions microthermometry on quartz show two growth stages recorded in the crystal core and clear overgrowths. Data indicate very low salinity (<= 2% NaCl), and a minimum trapping temperature of around 250-280C in inclusions located in the core, and around 70C or less in the outer growth zones. These two events can be interpreted as a record of the fluid cooling during system evolution. Moreover, fluid inclusions from a second quartz sample indicate a shallow CO2 paleo-circulation episode.This study shows that the clay mineral zonation cropping out in Terre-de-Haut is similar to that found by drilling in the active system of Bouillante. However, the temperatures of formation of some newly formed minerals (especially chlorite) indicate that some alteration episodes occurs at lower temperature than the fluid circulation occurring in Bouillante s active geothermal system and could represent the end of life of the Terre-de-Haut geothermal system.Hence, these results show that clay minerals study and geothermometry of newly formed minerals (chlorite and quartz) are key steps to provide new thermal constrains on the paleo-geothermal reservoir of Terre-de-Haut and its evolution, particularly the end of life of the geothermal system.

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