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jeudi 18 janvier 2024

« Recherche au centre de la terre » – échange avec Anastassia Borisova*, pétrologue et géochimiste, expérimentatrice

On parle beaucoup de l’Islande en ce moment avec la reprise d’une éruption près de la ville de Grindavik dans le sud-ouest de l’île. En ce qui vous concerne, vous ne travaillez pas sur cette zone de l’île mais sur la zone du nord où se trouve le volcan nommé Krafla. Directement en connexion avec ce volcan, vous participez au projet KMT (Krafla Magma Tested) qui rassemble 38 instituts de recherche et 11 pays. Ensemble vous cherchez à explorer et comprendre les enseignements d’un forage, profond de 2,1 km, qui relie la surface terrestre au magma. Prévention des éruptions, origine de la croute terrestre (et des continents), géothermie profonde, les champs d’investigations sont vastes.

 

[ISIFoR] En tant que spécialiste de géothermie profonde pouvez-vous nous parler de la recherche sur le site du Krafla ? 

GET – CNRS – projet KMT – géothermie profonde - magmatisme - Anastassia Borisova

Anastassia Borisova lors de son expédition en Islande en 2019

[Anastassia Borisova] À l’origine du projet KMT il y a eu un incident. C’était en 2009, le forage d’une station géothermique du forage profond d’IDDP-1 (Iceland Deep Drilling Project) a tout à coup percuté une poche de magma beaucoup moins profonde que prévu (elle était à 2,1 km de la surface alors que ce magma « aurait dû » se trouver à ~4 km de profondeur). La proximité de ce magma et les perspectives de recherches liées à une telle découverte ont alors « lancé » le projet.

En dépit de ce que l’on pourrait penser les zones qui composent l’Islande ne sont pas homogènes. Elles n’ont donc pas toutes le même intérêt pour nous les chercheurs. Ainsi, le Krafla est un volcan « relativement simple » localisé sur la zone du spreading où les roches très riches en silice se forment. C’est pour cela qu’il est intéressant à étudier. Dans le sud de l’Islande par exemple, il y a une zone de hot spot (lieux d’intense activité volcanique liée à un panache mantellique). Il est donc difficile d’y faire des forages ; la chambre magmatique est plus profonde et il y a une couche de glace épaisse dans ces volcans. Enfin, si l’on considère l’est de l’île on est sur une croute terrestre, qui est la croute continentale, donc la situation est encore différente car la lithosphère y est beaucoup plus épaisse, le flux thermique moins important et la densité des zones géothermales plus faible.

Pour résumer le Krafla est particulièrement intéressant car son magmatisme n’est pas saturé en phase fluide, donc il n’est pas particulièrement dangereux car il n’est pas explosif. Mais il n’est pas pour autant totalement aisé d’y travailler, il peut neiger en juin, il y a des zones qui sont totalement interdites. Comme ce site est aussi celui d’une station géothermale, il y a un bruit constant de fluides qui sortent de la croute, c’est impressionnant, il faut s’y habituer. Mais en quelques jours on commence à s’y faire et cela devient plus facile, on prend la mesure de l’environnement et on en comprend les règles.

Suite à ce forage géothermique qui était le plus productif parmi les autres forages, un vaste projet de recherche s’est structuré pour étudier ce magma très peu profond et ceci sous des aspects très différents. Il faut donc forer à nouveau et c’est techniquement très compliqué notamment du fait des températures extrêmes. Pourtant, ces forages qui viennent percer la rhyolite sont déterminants pour notre travail car ils nous permettent de récupérer in situ des échantillons sur lesquels on peut travailler.

GET – CNRS – projet KMT – géothermie profonde - magmatisme - Anastassia Borisova

La station géothermale dans la caldeira du Krafla

[ISIFoR] Vous avez travaillé sur un projet ressourcé par le Carnot ISIFoR nommé TRACENEO qui est lié au Krafla. Que cherchiez-vous avec un tel projet ?

GET – CNRS – projet KMT – géothermie profonde - magmatisme - Anastassia Borisova

Carte géologique** montrant la caldeira du Krafla située nord-est de l’Islande

[Anastassia Borisova] On a pu faire du terrain grâce au projet TRACENEO. À cette occasion, j’ai récupéré les échantillons par divers canaux de recherche, grâce à notre collègue Andri Stefánsson de l’Université d’Islande et via les collaborations avec les États-Unis d’Amérique. C’est compliqué d’avoir les échantillons islandais et cela peut paraitre incompréhensible lorsque l’on ne connait pas notre branche de la recherche. Car bien sûr, on ne peut pas les emporter dans sa valise lorsque l’on rentre chez soi, cela est interdit par la loi. Les échantillons transitent donc par la poste avec tous les risques que cela comporte de les égarer ou de les perdre.

Aujourd’hui je travaille toujours avec des échantillons, sur la modélisation thermochimique et cinétique de l’interaction entre basaltes et la croute islandaise. Les basaltes sur lesquels on travaille sont très récents, ils se sont formés dans les années 1975-1984. Dans nos échantillons on a pu dater les zircons (minéral silicaté de ZrSiO4) qui sont modernes, c’est-à-dire zéro âge. On a pu élaborer un modèle thermochimique d’interaction du basalte avec la croute felsique riche en silice. Nos manips cinétiques récentes permettent de compléter le nouveau modèle de l’origine de roches islandaises (qui sont riches en silice). Le futur forage élaboré par le projet KMT permettra de comprendre le développement du système magma-roche-fluide au cours du temps.

Au GET (laboratoire Géoscience Environnement Toulouse) je travaille dans une équipe qui s’intéresse à la pétrologie, la géochimie, l’expérimentation sur l’interaction magma-roche et fluides-roches. Mais nous ne sommes pas seuls, car il y a 38 instituts de recherche, et en ce qui nous concerne, nous travaillons directement avec les États-Unis et l’Islande sur le magmatisme. Chaque année il y a des réunions, en 2024 la prochaine se tiendra à Munich.

 

 

[ISIFoR] Peut-il y avoir de la place pour de la géothermie profonde en Europe et en France ?

[Anastassia Borisova] Une forme de géothermie active / profonde peut être envisagée dans les Alpes ou les Pyrénées où des sites d’eaux thermales sont identifiées depuis des centaines d’années. On y trouve sous terre un magma en état sub-solidus ou en état solide et ces zones géothermales n’ont pas été échantillonnées pour le moment.

En Europe on ne peut pas faire un travail d’échantillonnage similaire à celui de l’Islande. En Italie, par exemple, où les volcans sont actifs et le volcanisme explosif, il est dangereux de faire des forages dans ces zones. Dans les Antilles, aux Philippines ou en Indonésie il en va de même. Cependant, il existe les zones du volcanisme éteint où les forages et l’exploitation géothermaux sont bien possibles. Par exemple la station géothermale Larderello dans la région de Toscane en Italie est la plus ancienne dans le monde et basée sur l’exploitation de sources géothermales jusqu’à 200°C placées dans la croute carbonatée du magmatisme éteint. Pour exploiter les sources géothermales dans ces zones habitées, il faut supporter les impacts potentiels sur l’environnement (e.g., l’odeur du souffre, le bruit) et certains problèmes possibles de la contamination du sol, de l’eau et de l’air lors d’exploitation géothermale. Mais la géothermie reste quand même la source d’énergie la plus propre et naturelle parmi les sources d’énergie sur terre.

* Chercheuse (CNRS) au GET, spécialiste en interactions entre magma, roches et fluides

** Borisova AY, Melnik OE, Gaborit N, Bindeman IN, Traillou T, Raffarin M, Stefánsson A, Laurent O, Leisen M, Llovet X, de Parseval P, Proietti A and Tait S (2023), In situ probing of the present-day zircon-bearing magma chamber at Krafla, Northeastern Iceland. Front. Earth Sci. 11:1307303. doi: 10.3389/feart.2023.1307303 – lire l’article.