Thèse Comprehension des Circulations de Fluides au Droit du Bassin Minier du Nord Pas-De-Calais en Vue de l'Evaluation de son Potentiel Geothermique Etude des Marqueurs Geochimiques Petrologiques H/F

CY Cergy Paris Université

Établissement : CY Cergy Paris Université
École doctorale : ED SI - Sciences et Ingénierie
Laboratoire de recherche : Institut des Sciences de la Terre de Paris
Direction de la thèse : Franck BOURDELLE ORCID 0000000271368692
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

La géothermie profonde est une source d'énergie décarbonée non délocalisable capable de fournir chaleur et froid renouvelables pour répondre aux besoins des industries et collectivités. Les projets géothermiques se multiplient dans les régions géologiquement connues et peu complexes type bassin sédimentaire ou socle fracturé. Mais pour réussir la transition énergétique en cours, cette opportunité doit être ouverte à l'ensemble des bassins industriels et urbains, et ce même si le géosystème local est complexe et le risque économique de l'exploration plus élevé. Pour contribuer à diminuer ce risque et à accélérer l'exploration, le projet GEOTHERBAMINE (GEOTHERmie dans le BAssin MINier) vise à contraindre un système géothermique complexe à l'aplomb d'un bassin fortement structuré également bassin de vie et industriel dense : le bassin minier du Nord Pas-de-Calais (France). Bien que cette région soit l'une de celles où le potentiel géothermique est le moins exploré, des circulations de fluides chauds sont identifiables au droit de l'ancien bassin houiller. L'objectif de cette thèse est d'étudier tous les marqueurs des circulations de fluides passés et actuels dans les unités carbonifères et dévoniennes au droit du bassin minier du Nord Pas-de-Calais (entre Lens et Valenciennes), et ce, afin de déterminer l'historique, la composition et la température de chaque circulation majeure. Pour ce faire, la thèse adoptera une approche intégrée, couplant géochimie, pétrologie et minéralogie, dédiée aux interactions fluides/roches. Ainsi, le/la recruté(e) étudiera :
- Les transformations minéralogiques - notamment argileuses - résultant du passage des fluides,
- Les relations texturales entre unités, veines, ciments, et minéraux hérités et néoformés,
- Les inclusions fluides (microthermométrie et composition) piégées dans les quartz et carbonates des veines et ciments,
- Les indicateurs thermométriques : thermométrie des chlorites (veines), thermométrie RSCM sur matière organique (encaissants)
- Les indicateurs géochronologiques : datation isotopique des carbonates.
Les résultats de cette thèse, couplés à ceux des études menées en parallèle au sein du projet, alimenteront un modèle 3D de thermicité/circulations de fluides de l'échelle du puit à celle du bassin, qui permettra l'évaluation du potentiel géothermique de la région en chaque point.

Le programme PEPR Sous-sol, Bien commun (Programmes et Équipements Prioritaire de Recherche), financé par le plan France2030, vise à caractériser le potentiel du sous-sol français en termes de ressources, notamment pour faire face à la demande croissante en énergies décarbonées et renouvelables. Parmi celles-ci, la géothermie profonde est la seule en mesure de fournir chaleur et froid renouvelables pour répondre aux besoins de l'industrie et des collectivités, et d'ouvrir des perspectives au stockage de chaleur saisonnier. Les projets géothermiques se multiplient dans les régions géologiquement connues et peu complexes type bassin sédimentaire ou socle fracturé. Mais pour réussir la transition énergétique en cours, cette opportunité doit être ouverte à l'ensemble des bassins industriels et bassins de vie urbains, même si le géosystème local est complexe et le risque économique de l'exploration plus élevé.
Pour contribuer à diminuer ce risque et à accélérer l'exploration, le projet GEOTHERBAMINE (GEOTHERmie dans le BAssin MINier) vise à contraindre un système géothermique complexe à l'aplomb d'un bassin fortement structuré également bassin de vie et industriel dense : l'ancien bassin minier du Nord Pas-de-Calais (France). Bien que cette région soit l'une de celles où le potentiel géothermique est le moins exploré, des circulations de fluides chauds sont identifiables au droit de l'ancien bassin houiller. Ce potentiel a poussé nos voisins belges à y forer des puits de production géothermique dans la région de Mons, avec des résultats toujours satisfaisant 40 ans après le démarrage de l'exploitation.
GEOTHERBAMINE, qui couple recherche fondamentale, appliquée et innovation, vise à comprendre la thermicité et les circulations de fluides dans le bassin minier et son substratum (réservoirs et unités carbonifères) en (1) réévaluant la structure 3D du bassin minier à différentes échelles, (2) caractérisant les circulations de fluides et leur évolution dans le temps (3) modélisant l'évolution du bassin, les circulations de fluides et la thermicité résultante. GEOTHERBAMINE ouvrira donc de nouvelles perspectives pour une région qui n'est actuellement pas couverte par les projets ciblés PEPR, avec l'ambition d'aider à la prise de décision pour l'exploitation de cette zone. Il s'articule autour de 4 work packages, couvrant les domaines des interactions fluides/roches et des circulations (pétrologie et géochimie), de la pétrophysique des réservoirs, de la géologie structurale, de la modélisation de bassin, permettant de caractériser et quantifier le potentiel géothermique en chaque point. Un 5ème work package abordera la problématique sociétale, notamment l'acceptabilité de ce nouvel usage du sous-sol dans un territoire fortement marqué par son passé minier et l'exploitation de ressources carbonées.