Les mesures de conductivité thermique, sur 25 carottes de sondage réparties entre 80 et 900 mètres, ont été réalisées systématiquement sur les principaux faciès du forage d'Echassières (sondage GPF, Massif Central Français). La conductivité thermique augmente de 2.8 à 3.5 W m-1°C-1 en fonction de la profondeur dans le faciès B1 entre 180 et 480 m, tandis qu'elle fluctue autour d'une valeur moyenne d'environ 3.4 W m-1°C-1 dans les faciès B2 et B3. Ces variations sont attribuées à la charge en quartz (augmentation de la teneur en quartz avec la profondeur pour B1 et teneur à peu près constante pour B2 et B3). La foliation du granite de Beauvoir évaluée à 40° d'après l'orientation préférentielle des micas, observée par Gagny et Jacquot (1986) et Bernier et al. (1987), ne se traduit pas par une anisotropie marquée sur les conductivités thermiques. Des mesures au goniomètre de texture effectuées sur un échantillon confirment l'orientation aléatoire des cristaux de quartz. Par contre, une forte anisotropie de la conductivité thermique est observée dans les schistes de l'encaissant, avec des conductivités
principales verticale et horizontale égales respectivement à 2.2 W m-1°C- 1 et 3.2 W m-1°C-1 pour la série des micaschistes de la Sioule.
Le flux géothermique vertical calculé à partir des données de forage est de l'ordre de 150 m W m-2, atteignant 160 m W m-2 et plus vers 800 m de profondeur. Ces valeurs élevées sont incompatibles avec les mesures effectuées sur le Massif central, et sont attribuées à un phénomène de réfraction thermique (fort contraste de conductivités entre différents faciès).
Après compilation des différents travaux de reconnaissance effectués sur le site d'Echassières, la géométrie du granite de Beauvoir a pu être précisée dans une coupe verticale bidimensionnelle. Ces données ont ensuite été utilisées afin de simuler les transferts de chaleur autour du forage d'Échassières. Plusieurs hypothèses ont été testées. Le modèle retenu permet de retrouver les températures mesurées dans le forage avec une erreur quadratique moyenne inférieure à 0.15 °C et des écarts locaux inférieurs à 0.7 °C. Ce modèle implique un flux géothermique régional moyen de 135 m W m- 2 ; cette valeur est élevée mais compatible avec certaines mesures publiées par Vasseur (1982) sur le Massif central. Du point de vue méthodologique, ces résultats montrent que le calcul direct du flux de chaleur, sans tenir compte des transferts de chaleur mis en jeu autour du site de mesure, conduit parfois à des résultats erronés, comme cela avait été déjà montré par les auteurs sur un autre site
Mots-clés : Conductivité thermique, Granite (Granite Beauvoir), Micaschiste, Flux géothermique (Réfraction thermique), Modèle 2 dimensions, Transfert chaleur, Allier (Cézallier)
The thermal conductivity has been measured on 25 different samples of rock ranging from a depth of 80 to 900 m in the Echassières borehole (Deep Drilling Project GPF, Massif Central, France). The thermal conductivity of the B1 granite rocks increases from 2.8 W m-1 °C-1 at 180 m in depth to 3.5 W m- 1 0c-1 at480 m, whilst it is nearly constant in the B2 and B3 granite types at 3.4 W m-1 °C-1.
These variations are related to the quartz content of the rocks (increase of the quartz content with depth for the B 1 type, and constant quartz proportion for the B2 and B3 types). A foliation of the Beauvoir granite with a dip of 40° has been reported from the orientation of micas by Gagny and Jacquot (1986) and by Bernier (1987). This foliation produces no major anisotropy in the thermal conductivity. Additional measurements of quartz orientations have been made using a texture goniometer, showing random quartz crystal orientations. The micaschists of the Sioule series situated at the roof of the Beauvoir granite have a thermal conductivity anisotropy, such that the vertical and horizontal principal conductivities are 2.2 and 3.2 W m- 10c-1 respectively.
The unusually high mean vertical heat dow of 150 mW m-2 (increasing to 160 mW M-2 at the bottom) calculated using measured temperatures in the borehole is incompatible with the regional mean values reported in the Massif Central, and gives evidence of heat refraction around the borehole resulting fromi the great thermal conductivity variations from one rock type to another.
The shape of the Beauvoir granite has been reconstructed in a 2D vertical section from the preliminary field data. The heat transfer around the Echassières borehole has been determined by numerical simulation and several hypotheses have been tested. The most relevant model involves a mean regional heat flow of 135 m W m-2, a compatible value with some preceeding
measurements reported by Vasseur (1982).
From the methodological point of view, this study shows that the interpretation of heat flow measurements made at a regional scale may be significantly affected by heat refraction around high conductivity plutons. A careful interpretation of measured temperatures and heat transfer is necessary in order to obtain reliable regional heat flow densities, as shown by Danis et Royer (1986) in a sedimentary context.
Dernière mise à jour le 24.01.2019