Role of temperature change in micro seismic activity during fluid injections in faulted and fractured zones. Part 1 : Updating the thermal modelling in a DFN model using a double media approach

3International audienceL'exploitation de l'énergie géothermique des zones de socles ou de failles pour la production d'électricité fait l'objet de nombreux programmes de recherches en Europe en particulier (site de Soultz sous Forêts en France, Bâle en Suisse) avec la création de quelques sites pilotes opérationnels (Landau, Allemagne). Ces projets ont des caractéristiques communes, en particulier la nécessité d'améliorer les performances hydrauliques du réservoir, pour pouvoir atteindre une productivité économique, et aussi la nécessité de ré-injecter à basse température le fluide produit après passage dans les échangeurs de surfaces. Le succès de la première étape, optimisation du réservoir, dépend de la compréhension des interactions hydrauliques-mécaniques qui se développent pendant les phases de stimulation et (re-)fracturation du système naturel, et qui sont en partie contrôlées par le contexte tectonique local. Cette étape est cruciale. Des micro-seismes de trop fortes magnitudes ont été induits à Bâle et le projet est définitivement arrété. L'évolution à long terme du dispositif dépendra davantage du comportement thermique de la boucle géothermale. Nous savons que la présence de fluides dans les réseaux poreux des roches et la circulation des fluides à plus grande échelle (failles) contrôle le champ de température dans les premiers kilomètres de la croûte. Notre but est d'anticiper sur l'impact que pourrait avoir le refroidissement du à une circulation fluide imposée le long de fractures (convection forcée) dans le cadre d'une mise en exploitation géothermique d'une portion de faille avec re-injection froide. Le sujet consistera donc en une modélisation des échanges thermiques entre la roche et le fluide injecté afin de coupler l'évolution thermique du système au comportement hydro-mécanique du modèle, dans un contexte de faille normale (graben du Rhin), l'impact du refroidissement des roches allant dans le sens d'un accroissement des ouvertures des fractures. Ce point nous semble particulièrement à propos pour le cas du Rift d'Asal, (Djibouti), car le mécanisme naturel de propagation des failles sur ces sites pourrait bien être lié à l'écoulement naturel des fluides (C. Doubre et G. Peltzer, 2007) . Les fractures seraient donc en permanence dans un état de stabilité mécanique critique, et des ruptures potentiellement importantes pourraient être déclanchées. Ce mécanisme est à l'étude pour les micro séismes récents enregistrés sur le site des Geysers (Californie), et qui se localisent au centre du réservoir, exploité avec réinjection depuis plusieurs dizaines d'années. Dans l'approche proposée, on considérera le milieu remplissant les fractures comme étant poreux, ces fractures pouvant s'assembler à plus grande échelle en réseau, pour constituer un modèle de portion de faille. La matrice rocheuse sera imperméable dans un premier temps. Les outils numériques existant au laboratoire seront adaptés et améliorés pour cette application. - Dans les équations de Darcy (qui décrivent l'écoulement) on tiendra compte de la variation de densité et de viscosité du fluide provoquée par les différences de température, et le transport de chaleur sera convectif dans les fractures, conductif dans la matrice rocheuse. La convection pourra donc être mixte (naturelle et forcée). - Le comportement mécanique suppose que le milieu formant la matrice est élastique, et que les déformations sont des glissements le long des plans des fractures, lorsque un critère de rupture est atteint. Une première partie de ce travail consistera, à évaluer ce critère pour représenter l'état naturel avant toutes mise en circulation de fluides dans le réservoir. La perturbation thermique due à la circulation forcée d'un fluide sera alors superposée, et la question de la stabilité ré-évaluée pour différents temps. - Les données proviendront des bases partagées dans le cadre du projet européen GEISER support de la recherche sur la période 2010-2013, et pourront à titre prospectif être utilisées pour discuter d'un nouveau projet en cours d'implantation le long du rift d'Asal (Djibouti)

Influence de la température sur l'activité micro-sismique dans un réservoir fracturé lors d'injections de longue durée. Application aux données du site de Rosemanowes (UK). Première approche d'un site potentiel dans le rift d'Assal (Djibouti)

The general framework of our research deals with the development of geothermal energy for electricity production using the heat stored in geological formations at depths ranging in 3 to 5 km, Generally the environment is poorly permeable and fractured. Our main objective is to study the phenomenon of induced micro-earthquakes in relation to the cooling of the rock. The work is based on field experiences including long duration tests, conducted on the Rosemanowes site (Cornwall, UK). For this, we proceeded to the development of a calculation tool, FRACAS, able to simulate this phenomenon by introducing a dual thermal approach to better simulate the cooling of the reservoir due to long term fluid injections, which might be responsible for new failure mechanisms due to the induced tractions. In this context, we introduced a new algorithm to describe shear in stabilities, a mechanism of "stick-slip" type with the consideration of static/dynamic friction coefficients. The possibility of inducing micro-seismicity is then studied using the in situ data base, with two 3D models offering different geometric approaches, a deterministic model and a stochastic model whose geometrical and physical properties were obtained from observations and previous work on this Rosemanowes site. The Thermo-Hydro-Mechanical (THM) simulation using the deterministic model has allowed us to calibrate the transient heat transfer in the reservoir formed by the drilling system RH12/RH15 and to give an estimate of tensile stress of thermal origin. To better study the effect induced by the contraction of the rock during time, we use the stochastic 3D model whose main objective is to simulate a more realistic spatial migration of shear ruptures. With this model we found a delayed onset of shear activity and discuss the effect of pressure step tests. The results suggest a way to mitigate the potential impact of shear ruptures due to cooling.Le cadre général de la thèse concerne la valorisation sous forme de production d'énergie électrique de la chaleur présente à quelques kilomètres de profondeur (3 à 5 km), en général dans des milieux peu perméables et fracturés. Notre objectif principal est d'étudier le phénomène des microséismes induits relativement au refroidissement, en nous basant sur une expérience de terrain de longue durée, menée sur le site de Rosemanowes (Cornwall, UK). Pour cela nous avons procédé à la mise en place d'un outil de calcul, FRACAS, capable de simuler ce phénomène en introduisant une approche à double milieu thermique pour mieux simuler le refroidissement du réservoir dû à l'injection de fluide à long terme, responsable des nouveaux mécanismes de ruptures dus à la traction de la roche. Dans ce contexte nous avons introduit un nouvel algorithme pour prendre en compte les manifestations d'instabilités, un mécanisme de « stick-slip » avec prise en compte d'une friction statique et d'une friction dynamique. La possibilité d'induire des microséismes est ensuite étudiée à partir des données issues d'un site particulier, avec deux modèles 3D proposant des approches géométriques différentes, un modèle déterministe et un modèle stochastique, dont les propriétés géométriques et physiques ont été tirées des observations et travaux antérieurs effectués sur ce site de Rosemanowes. La simulation thermo-hydro-mécanique (THM) du modèle déterministe nous a permis de modéliser les échanges thermiques en régime transitoire dans le réservoir formé par le système de forages RH12/RH15 et d'estimer un ordre de grandeur des tractions d'origine thermique. Pour mieux étudier l'effet induit par la contraction des blocs de roche dans le temps nous utilisons le modèle 3D stochastique dont l'objectif principal est de simuler de façon plus réaliste la progression dans l'espace les ruptures en cisaillement. Avec ce modèle nous avons constaté l'apparition différée d'une activité et l'effet d'un cycle de pulses de pression, ce qui suggère un moyen d'atténuer les fortes magnitudes potentielles des ruptures en cisaillement dues au refroidissement

Influence of temperature change on the micro-seismic activity in a fractured reservoir during long term injection. Application to the Rosemanowes geothermal project (UK). Preliminary consideration toward a new project in the Assal rift (Djibouti)

Le cadre général de la thèse concerne la valorisation sous forme de production d'énergie électrique de la chaleur présente à quelques kilomètres de profondeur (3 à 5 km), en général dans des milieux peu perméables et fracturés. Notre objectif principal est d'étudier le phénomène des microséismes induits relativement au refroidissement, en nous basant sur une expérience de terrain de longue durée, menée sur le site de Rosemanowes (Cornwall, UK). Pour cela nous avons procédé à la mise en place d'un outil de calcul, FRACAS, capable de simuler ce phénomène en introduisant une approche à double milieu thermique pour mieux simuler le refroidissement du réservoir dû à l'injection de fluide à long terme, responsable des nouveaux mécanismes de ruptures dus à la traction de la roche. Dans ce contexte nous avons introduit un nouvel algorithme pour prendre en compte les manifestations d'instabilités, un mécanisme de « stick-slip » avec prise en compte d'une friction statique et d'une friction dynamique. La possibilité d'induire des microséismes est ensuite étudiée à partir des données issues d'un site particulier, avec deux modèles 3D proposant des approches géométriques différentes, un modèle déterministe et un modèle stochastique, dont les propriétés géométriques et physiques ont été tirées des observations et travaux antérieurs effectués sur ce site de Rosemanowes. La simulation thermo-hydro-mécanique (THM) du modèle déterministe nous a permis de modéliser les échanges thermiques en régime transitoire dans le réservoir formé par le système de forages RH12/RH15 et d'estimer un ordre de grandeur des tractions d'origine thermique. Pour mieux étudier l'effet induit par la contraction des blocs de roche dans le temps nous utilisons le modèle 3D stochastique dont l'objectif principal est de simuler de façon plus réaliste la progression dans l'espace les ruptures en cisaillement. Avec ce modèle nous avons constaté l'apparition différée d'une activité et l'effet d'un cycle de pulses de pression, ce qui suggère un moyen d'atténuer les fortes magnitudes potentielles des ruptures en cisaillement dues au refroidissement.The general framework of our research deals with the development of geothermal energy for electricity production using the heat stored in geological formations at depths ranging in 3 to 5 km, Generally the environment is poorly permeable and fractured. Our main objective is to study the phenomenon of induced micro-earthquakes in relation to the cooling of the rock. The work is based on field experiences including long duration tests, conducted on the Rosemanowes site (Cornwall, UK). For this, we proceeded to the development of a calculation tool, FRACAS, able to simulate this phenomenon by introducing a dual thermal approach to better simulate the cooling of the reservoir due to long term fluid injections, which might be responsible for new failure mechanisms due to the induced tractions. In this context, we introduced a new algorithm to describe shear in stabilities, a mechanism of "stick-slip" type with the consideration of static/dynamic friction coefficients. The possibility of inducing micro-seismicity is then studied using the in situ data base, with two 3D models offering different geometric approaches, a deterministic model and a stochastic model whose geometrical and physical properties were obtained from observations and previous work on this Rosemanowes site. The Thermo-Hydro-Mechanical (THM) simulation using the deterministic model has allowed us to calibrate the transient heat transfer in the reservoir formed by the drilling system RH12/RH15 and to give an estimate of tensile stress of thermal origin. To better study the effect induced by the contraction of the rock during time, we use the stochastic 3D model whose main objective is to simulate a more realistic spatial migration of shear ruptures. With this model we found a delayed onset of shear activity and discuss the effect of pressure step tests. The results suggest a way to mitigate the potential impact of shear ruptures due to cooling

THM Modelling of a 3 Year Long Hydraulic Test at the Rosemanowes EGS Site, UK

International audienceEnhancing and creating the permeability of the fractures in a HDR reservoir system have been the main challenge of numerous field studies, but there is still a lot of work toward the understanding of the physical processes involved and in the relationship in between them and occurrence of induced seismicity. It is agreed that the injection of cold fluid in a reservoir located several kilometers deep induces "small" microseisms which reflect both the pressurization of the preexisting joints and the creation of new fractures. Such micro-seismic can be very detrimental to the success of a project when their magnitude is too high. To anticipate the risks associated with this phenomenon, various hypotheses have been raised, focusing on the amount of injection rate, the presence of fractures close to an unstable mechanical system, changes the chemical properties of fluids but also the effect of long-term cooling of the rock. Our main objective is here to investigate the micro-seismic events linked to the long term cooling of the rock to obtain a better understanding of when and where they can occur, so that they can either be avoided or mitigate

Thermo-hydro-mechanical coupling in a 3D stochastic fracture network at the site of Rosemanowes: Relationship between induced seismicity and thermal stress

International audienceThe injection of water in a deep reservoir can induce micro-seismic activities. The study of this process and more particularly the relationship between induced seismicity and stress due to the cooling of the rocks is very important for the economic performance of an HDR reservoir. To understand the physical processes involved form the cooling of the rocks and the increasing of the pressure in the reservoir we set up a 3D stochastic model with geometric properties (radius, length and orientation of fractures) and petrophysics parameters are derived from field data conducted at the site of Rosemanowes (Cornwall, UK) between August 1985 and December 1988. The main objective of this simulation is to show that rock cooling does create seismic activity within a couple of years at this site and that high magnitude failures may be mitigated using pulses of injection of short duration that would trigger phenomena earlier. To better simulate the triggering of shear failure due to thermal stress in the longer term, we introduced a new stick-slip algorithm with the objective of better simulating the effects of shear failure due to a pressure increase or due to thermal stresses during long term rock cooling. When the classic Coulomb stress criterion is met, we have introduced a coefficient of dynamic friction for calculating the amount of stress drop and the corresponding fracture slip (and attached seismic moment)

Molecular investigation of malaria-infected patients in Djibouti city (2018–2021)

International audienceBackgroundThe Republic of Djibouti is a malaria endemic country that was in pre-elimination phase in 2006–2012. From 2013, however, malaria has re-emerged in the country, and its prevalence has been increasing every year. Given the co-circulation of several infectious agents in the country, the assessment of malaria infection based on microscopy or histidine-rich protein 2 (HRP2)-based rapid diagnostic tests (RDT) has shown its limitations. This study, therefore, aimed to assess the prevalence of malaria among febrile patients in Djibouti city using more robust molecular tools.MethodsAll suspected malaria cases reported to be microscopy-positive were randomly sampled (n = 1113) and included in four health structures in Djibouti city over a 4-year period (2018–2021), mainly during the malaria transmission season (January–May). Socio-demographic information was collected, and RDT was performed in most of the included patients. The diagnosis was confirmed by species-specific nested polymerase chain reaction (PCR). Data were analysed using Fisher’s exact test and kappa statistics.ResultsIn total, 1113 patients with suspected malaria and available blood samples were included. PCR confirmed that 788/1113 (70.8%) were positive for malaria. Among PCR-positive samples, 656 (83.2%) were due to Plasmodium falciparum, 88 (11.2%) Plasmodium vivax, and 44 (5.6%) P. falciparum/P. vivax mixed infections. In 2020, P. falciparum infections were confirmed by PCR in 50% (144/288) of negative RDTs. After the change of RDT in 2021, this percentage decreased to 17%. False negative RDT results were found more frequently (P < 0.05) in four districts of Djibouti city (Balbala, Quartier 7, Quartier 6, and Arhiba). Malaria occurred less frequently in regular bed net users than in non-users (odds ratio [OR]: 0.62, 95% confidence interval [CI]: 0.42–0.92).ConclusionsThe present study confirmed the high prevalence of falciparum malaria and, to a lesser extent, vivax malaria. Nevertheless, 29% of suspected malaria cases were misdiagnosed by microscopy and/or RDT. There is a need to strengthen the capacity for diagnosis by microscopy and to evaluate the possible role of P. falciparum hrp2 gene deletion, which leads to false negative cases of P. falciparum

Assessment of the Performance of Lactate Dehydrogenase-Based Rapid Diagnostic Test for Malaria in Djibouti in 2022–2023

International audienceUntil 2020, Djiboutian health authorities relied on histidine-rich protein-2 (HRP2)-based rapid diagnostic tests (RDTs) to establish the diagnosis of Plasmodium falciparum. The rapid spread of P. falciparum histidine-rich protein-2 and -3 (pfhrp2/3) gene-deleted parasite strains in Djibouti has led the authorities to switch from HRP2-based RDTs to lactate dehydrogenase (LDH)-based RDTs targeting the plasmodial lactate dehydrogenase (pLDH) specific for P. falciparum and P. vivax (RapiGEN BIOCREDIT Malaria Ag Pf/Pv pLDH/pLDH) in 2021. This study was conducted with the primary objective of evaluating the diagnostic performance of this alternative RDT. Operational constraints related, in particular, to the implementation of this RDT during the COVID-19 pandemic were also considered. The performance of BIOCREDIT Malaria Ag Pf/Pv (pLDH/pLDH) RDT was also compared to our previously published data on the performance of two HRP2-based RDTs deployed in Djibouti in 2018–2020. The diagnosis of 350 febrile patients with suspected malaria in Djibouti city was established using two batches of RapiGEN BIOCREDIT Malaria Ag Pf/Pv (pLDH/pLDH) RDT over a two-year period (2022 and 2023) and confirmed by real-time quantitative polymerase chain reaction. The sensitivity and specificity for the detection of P. falciparum were 88.2% and 100%, respectively. For P. vivax, the sensitivity was 86.7% and the specificity was 100%. Re-training and closer supervision of the technicians between 2022 and 2023 have led to an increased sensitivity to detect P. falciparum (69.8% in 2022 versus 88.2% in 2023; p < 0.01). The receiver operating characteristic curve analysis highlighted a better performance in the diagnosis of P. falciparum with pLDH-based RDTs compared with previous HRP2-based RDTs. In Djibouti, where pfhrp2-deleted strains are rapidly gaining ground, LDH-based RDTs seem to be more suitable for diagnosing P. falciparum than HRP2-based RDTs. Awareness-raising and training for technical staff have also been beneficial

Molecular investigation of malaria-infected patients in Djibouti city (2018–2021)

Abstract Background The Republic of Djibouti is a malaria endemic country that was in pre-elimination phase in 2006–2012. From 2013, however, malaria has re-emerged in the country, and its prevalence has been increasing every year. Given the co-circulation of several infectious agents in the country, the assessment of malaria infection based on microscopy or histidine-rich protein 2 (HRP2)-based rapid diagnostic tests (RDT) has shown its limitations. This study, therefore, aimed to assess the prevalence of malaria among febrile patients in Djibouti city using more robust molecular tools. Methods All suspected malaria cases reported to be microscopy-positive were randomly sampled (n = 1113) and included in four health structures in Djibouti city over a 4-year period (2018–2021), mainly during the malaria transmission season (January–May). Socio-demographic information was collected, and RDT was performed in most of the included patients. The diagnosis was confirmed by species-specific nested polymerase chain reaction (PCR). Data were analysed using Fisher’s exact test and kappa statistics. Results In total, 1113 patients with suspected malaria and available blood samples were included. PCR confirmed that 788/1113 (70.8%) were positive for malaria. Among PCR-positive samples, 656 (83.2%) were due to Plasmodium falciparum, 88 (11.2%) Plasmodium vivax, and 44 (5.6%) P. falciparum/P. vivax mixed infections. In 2020, P. falciparum infections were confirmed by PCR in 50% (144/288) of negative RDTs. After the change of RDT in 2021, this percentage decreased to 17%. False negative RDT results were found more frequently (P < 0.05) in four districts of Djibouti city (Balbala, Quartier 7, Quartier 6, and Arhiba). Malaria occurred less frequently in regular bed net users than in non-users (odds ratio [OR]: 0.62, 95% confidence interval [CI]: 0.42–0.92). Conclusions The present study confirmed the high prevalence of falciparum malaria and, to a lesser extent, vivax malaria. Nevertheless, 29% of suspected malaria cases were misdiagnosed by microscopy and/or RDT. There is a need to strengthen the capacity for diagnosis by microscopy and to evaluate the possible role of P. falciparum hrp2 gene deletion, which leads to false negative cases of P. falciparum

Correction: Molecular investigation of malaria-infected patients in Djibouti city (2018–2021)

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