Le gravimètre supraconducteur iOSG de l'observatoire gravimétrique de Strasbourg

The Résif superconducting gravimeter, hosted by the Eost in Strasbourg, provides the French contribution to the continuous measurement of temporal variations in the Earth's gravity field. These measurements allow the study of geophysical phenomena within a spectral window ranging from Earth's own modes to long-period variations such as pole motion and tides. This gravimeter belongs to the French seismological and geodetic network Résif, a national research infrastructure dedicated to the observation and understanding of the structure and dynamics of the Internal Earth. Résif is based on high-tech observation networks, composed of seismological, geodetic and gravimetric instruments deployed in a dense manner throughout France. These data make it possible to study with high spatial and temporal resolution the deformation of the ground, surface and deep structures, seismicity on a local and global scale and natural hazards, and more particularly seismic hazards, on French territory. Résif is integrated into European (EPOS - European Plate Observing System) and global systems of instruments for imaging the Earth's interior as a whole and studying many natural phenomena. This gravimeter also integrates a global network of superconducting gravimeters as part of the Global Geodynamics Project, which includes more than 30 stations operating worldwide and has been a service of the International Geodetic Association (IAG) and GGOS (Global Geodetic Observing System) since 2015 called IGETS (International Geodynamics and Earth Tides Service). The objectives pursued concern global geodynamics and fluid nucleus dynamics, solid Earth-atmosphere-ocean-hydrology interactions and the calibration of satellite data for water resources estimation.Le gravimètre supraconducteur de Résif, hébergé par l’Eost de Strasbourg, fournit la contribution française aux mesures continues des variations temporelles du champ de pesanteur terrestre. Ces mesures permettent l’étude de phénomènes géophysiques dans une fenêtre spectrale allant des modes propres de la Terre aux variations longues périodes telles que le mouvement du pôle et les marées. Ce gravimètre appartient au réseau sismologique et géodésique français Résif, une infrastructure de recherche nationale dédiée à l’observation et la compréhension de la structure et de la dynamique Terre interne. Résif se base sur des réseaux d’observation de haut niveau technologique, composés d’instruments sismologiques, géodésiques et gravimétriques déployés de manière dense sur tout le territoire français. Ces données permettent d’étudier avec une haute résolution spatio-temporelle la déformation du sol, les structures superficielles et profondes, la sismicité à l’échelle locale et globale et les aléas naturels, et plus particulièrement sismiques, sur le territoire français. Résif s’intègre aux dispositifs européens (EPOS - European Plate Observing System) et mondiaux d’instruments permettant d’imager l’intérieur de la Terre dans sa globalité et d’étudier de nombreux phénomènes naturels. Ce gravimètre intègre également un réseau mondial de gravimètres supraconducteurs dans le cadre du Global Geodynamics Project, qui regroupe plus de 30 stations en opération dans le monde entier et qui est, depuis 2015, un service de l’Association Internationale de Géodésie (IAG) et de GGOS (Global Geodetic Observing System) intitulé IGETS (International Geodynamics and Earth Tides Service). Les objectifs poursuivis concernent les questions de géodynamique globale et de dynamique du noyau fluide, les interactions Terre solide-atmosphère-océan-hydrologie et le calage des données satellitaires pour l’estimation des ressources en eau

Suivi par gravimétrie hybride et magnétotellurie de réservoirs géothermiques

We study the contribution of the micro-gravity and magnetotellurics methods to the monitoring of the spatial and temporal evolution of the geothermal reservoirs. A differential gravity signal, consistent with the position of injection and production wells, appears on the Soultz-sous-Forêts enhanced geothermal system (France) whereas no significant gravity variations are observed on the one of Rittershoffen. At the Krafla geothermal field (Iceland), a general gravity increase is observed. However, a magmatic intrusion would hide the potential effect of the geothermal production. Concerning the Theistareykir geothermal reservoir, a gravity decrease occurred in the production area in 2018 and 2019 with respect to 2017. It could be explain by a loss of mass following the beginning of the production. Between 2017 and 2018, an electrical resistivity increase is measure on the same geothermal field. This punctual change would be due to an increase of the vapour phase in an EW fault. However, this interpretation assumes that the methodology to correct the orientation of the magnetic coils and the electric dipole described in this thesis is right.L’apport des méthodes micro-gravimétrique et magnétotellurique au suivi de l’évolution temporelle et spatiale des réservoirs géothermiques est étudié dans cette thèse. Un signal gravimétrique différentiel cohérent avec la position des puits de production et d’injection est visible sur le site géothermique stimulé de Soultz-sous-Forêts (France) tandis qu’aucune variation gravimétrique significative n’est observée sur celui de Rittershoffen (France). Sur le site géothermique de Krafla (Islande), une augmentation générale de gravité est visible. Toutefois, une intrusion magmatique masquerait potentiellement l’effet gravimétrique de l’exploitation géothermique. Au niveau du réservoir géothermique de Theistareykir, une diminution de gravité co-localisée avec la zone de production est observée en 2018 et 2019 par rapport à 2017. Elle s’explique par une perte de masse suite au début de production. Entre 2017 et 2018, une augmentation de résistivité électrique apparente est aussi visible sur ce même site. Ce changement transitoire pourrait traduire une augmentation de la phase vapeur au sein d’une faille d’orientation EO. Toutefois, elle suppose que la méthodologie de correction de l’orientation des sondes magnétiques et des dipôles électriques développée dans cette thèse soit exacte

Hybrid gravity and magnetotellurics monitoring of geothermal reservoirs

L’apport des méthodes micro-gravimétrique et magnétotellurique au suivi de l’évolution temporelle et spatiale des réservoirs géothermiques est étudié dans cette thèse. Un signal gravimétrique différentiel cohérent avec la position des puits de production et d’injection est visible sur le site géothermique stimulé de Soultz-sous-Forêts (France) tandis qu’aucune variation gravimétrique significative n’est observée sur celui de Rittershoffen (France). Sur le site géothermique de Krafla (Islande), une augmentation générale de gravité est visible. Toutefois, une intrusion magmatique masquerait potentiellement l’effet gravimétrique de l’exploitation géothermique. Au niveau du réservoir géothermique de Theistareykir, une diminution de gravité co-localisée avec la zone de production est observée en 2018 et 2019 par rapport à 2017. Elle s’explique par une perte de masse suite au début de production. Entre 2017 et 2018, une augmentation de résistivité électrique apparente est aussi visible sur ce même site. Ce changement transitoire pourrait traduire une augmentation de la phase vapeur au sein d’une faille d’orientation EO. Toutefois, elle suppose que la méthodologie de correction de l’orientation des sondes magnétiques et des dipôles électriques développée dans cette thèse soit exacte.We study the contribution of the micro-gravity and magnetotellurics methods to the monitoring of the spatial and temporal evolution of the geothermal reservoirs. A differential gravity signal, consistent with the position of injection and production wells, appears on the Soultz-sous-Forêts enhanced geothermal system (France) whereas no significant gravity variations are observed on the one of Rittershoffen. At the Krafla geothermal field (Iceland), a general gravity increase is observed. However, a magmatic intrusion would hide the potential effect of the geothermal production. Concerning the Theistareykir geothermal reservoir, a gravity decrease occurred in the production area in 2018 and 2019 with respect to 2017. It could be explain by a loss of mass following the beginning of the production. Between 2017 and 2018, an electrical resistivity increase is measure on the same geothermal field. This punctual change would be due to an increase of the vapour phase in an EW fault. However, this interpretation assumes that the methodology to correct the orientation of the magnetic coils and the electric dipole described in this thesis is right

Hybrid gravity and magnetotellurics monitoring of geothermal reservoirs

L’apport des méthodes micro-gravimétrique et magnétotellurique au suivi de l’évolution temporelle et spatiale des réservoirs géothermiques est étudié dans cette thèse. Un signal gravimétrique différentiel cohérent avec la position des puits de production et d’injection est visible sur le site géothermique stimulé de Soultz-sous-Forêts (France) tandis qu’aucune variation gravimétrique significative n’est observée sur celui de Rittershoffen (France). Sur le site géothermique de Krafla (Islande), une augmentation générale de gravité est visible. Toutefois, une intrusion magmatique masquerait potentiellement l’effet gravimétrique de l’exploitation géothermique. Au niveau du réservoir géothermique de Theistareykir, une diminution de gravité co-localisée avec la zone de production est observée en 2018 et 2019 par rapport à 2017. Elle s’explique par une perte de masse suite au début de production. Entre 2017 et 2018, une augmentation de résistivité électrique apparente est aussi visible sur ce même site. Ce changement transitoire pourrait traduire une augmentation de la phase vapeur au sein d’une faille d’orientation EO. Toutefois, elle suppose que la méthodologie de correction de l’orientation des sondes magnétiques et des dipôles électriques développée dans cette thèse soit exacte.We study the contribution of the micro-gravity and magnetotellurics methods to the monitoring of the spatial and temporal evolution of the geothermal reservoirs. A differential gravity signal, consistent with the position of injection and production wells, appears on the Soultz-sous-Forêts enhanced geothermal system (France) whereas no significant gravity variations are observed on the one of Rittershoffen. At the Krafla geothermal field (Iceland), a general gravity increase is observed. However, a magmatic intrusion would hide the potential effect of the geothermal production. Concerning the Theistareykir geothermal reservoir, a gravity decrease occurred in the production area in 2018 and 2019 with respect to 2017. It could be explain by a loss of mass following the beginning of the production. Between 2017 and 2018, an electrical resistivity increase is measure on the same geothermal field. This punctual change would be due to an increase of the vapour phase in an EW fault. However, this interpretation assumes that the methodology to correct the orientation of the magnetic coils and the electric dipole described in this thesis is right

Three years of monitoring using leveling and hybrid gravimetry applied to the geothermal sites of Soultz-sous-Forêts and Rittershoffen, Rhine Graben, France

International audienc

New results on the gravity monitoring (2014–2017) of Soultz-sous-Forêts and Rittershoffen geothermal sites (France)

Abstract This article presents the study of the mass redistribution associated with the geothermal energy exploitation of the Soultz-sous-Forêts and Rittershoffen plants by microgravity monitoring in the period 2014–2017. The two plants are located in the eastern part of France in the Rhine Graben. This rift is characterized by thermal anomalies. The Soultz-sous-Forêts enhanced geothermal system is a demonstration site producing 1.7 MWe thanks to three wells 5 km deep. The Rittershoffen geothermal plant is used to produce heat (24 MWth) with two wells of 2 km depth. The most recent production episodes at Soultz-sous-Forets and Rittershoffen began on 24 June 2016 and 19 May 2016, respectively. Each summer, since 2014 for the Soultz-sous-Forêts network and since 2015 for the Rittershoffen network, gravity measurements have been taken with a Scintrex CG5 gravimeter in order to calculate the gravity variation compared to a reference station and a reference time. The stability of the reference station at the Soultz-sous-Forêts plant was investigated by repeated absolute gravity measurements from the FG5#206. Gravity ties with the gravity observatory of Strasbourg were also performed to compensate for the absence of superconducting gravimeter at the in situ reference station. Precise leveling was undertaken simultaneously to each gravity survey showing that vertical ground displacement is lower than 1 cm; hence, this leads us to consider that the detected gravity changes are only due to Newtonian attraction. We do not detect any signal at the Rittershoffen network in the investigated period. After the beginning of production, we noticed a small differential signal at the Soultz-sous-Forêts network, which is spatially associated with the injection and production wells’ positions. Furthermore, the maximum gravity value appears in the same area as the induced seismicity related to the preferential paths of the geothermal fluid. However, a simple model based on a geothermal reservoir of cylindrical shape cannot explain the observations in terms of amplitude

Distribution et origine de la déformation actuelle dans un basin intracontinental : le Delta de l’Okavango (Botswana)

International audienceLe plateau sud-africain est classiquement considéré un domaine intraplaque stable, le dernier événement orogénique ayant eu lieu à la fin du Paléozoïque. Or il existe de nombreuses évidences d’une déformation interne dont l’origine est débattue, la propagation du rift est-africain vers le sud-ouest est l’une des hypothèses proposées (Pastier et al., 2018). Ces déformations diffuses ont conduit à la formation du graben de l’Okavango, l’un des plus grands écosystèmes endoréiques actuel au monde, contrôlé par un jeu de failles NE-SW. Afin de comprendre sa dynamique actuelle et future, nous avons estimé le champ de déplacement 3D du Delta de l’Okavango à partir de la déformation d’un réseau géodésique relevé par GPS tous les 2 ans et d’une étude structurale.La composante horizontale affiche un mouvement latéral dextre avec un taux élevé inattendu : de 3 à 50 mm/an, croissant vers le NO. Ce résultat est compatible avec les travaux de Pastier et al. (2017) réalisé à partir d’un réseau régional plus large. La composante verticale montre une subsidence de 1 à 28 mm/an, à l’intérieur du Delta et un uplift de 1 à 20 mm/an à l’extérieur. L’analyse du champ de déformation montre une composante rotationnelle dans le Delta avec une faible extension perpendiculaire à la direction moyenne de la structure. Ce champ de déplace- ment correspond à un bassin en décrochement dextre, non pas à un rift comme classiquement admis. Les données géophysiques sont compatibles avec cette interprétation en montrant un très faible amincissement crustal.Les taux de subsidence élevés sont compatibles avec le taux d’accumulation de sédiments allant de 5 à 15 mm/an selon l’âge proposé pour les sédiments plus anciens. Cependant, la différence d’au moins 10 mm/an reste significative. Nous proposons qu’elle soit due à l’effet de charge induite par le stockage en sédiments et en eau dans le Delta et les zones avoisinantes comme montré par les données GRACE (6,7 km3/an depuis 2002, Llovel et al., 2010) et par l’analyse hydrogéologique de Pastier (2018).L’endoréisme du système et son évolution résulte du couplage de deux processus régionaux : la géodynamique (basin décrochant dextre) et l’hydrologie (cycle annuel et stockage en profondeur). Les deux processus produisent une subsidence à deux longueurs d’onde avec un signal périodique (cycle climatique annuel) et une tendance long terme (géodynamique et stockage permanent) qui pourraient expliquer la sismicité diffuse de la région

Hybrid gravimetry monitoring of Soultz-sous-Forêts and Rittershoffen geothermal sites (Alsace, France)

International audienc

Hybrid Microgravity Monitoring of the Theistareykir Geothermal Reservoir (North Iceland)

International audienceThe Theistareykir geothermal field is located in North Iceland on the Mid-Atlantic ridge. A power plant produces 90 MWe using two 45 MWe turbines in operation since autumn 2017 and spring 2018, respectively. We performed hybrid microgravity measurements from 2017 to 2019 to monitor the short-term mass redistribution induced by geothermal production. Time-lapse microgravity surveys conducted each summer with a Scintrex CG5 gravimeter reveal the spatial gravity variations with respect to a reference, where the temporal gravity changes are monitored by absolute gravity measurements done with FG5#206 from Micro-g Solutions. In parallel, continuous gravity changes are recorded by a network of several GWR Instruments iGrav superconducting gravimeters and spring gravimeter, located in the injection and production areas. A height correction is applied to the gravity data using InSAR and GNSS measurements. We notice a regular residual gravity decrease in the production area versus a stable behaviour in the injection area. Time-lapse gravity measurements reveal a minimum residual decrease of − 38 ± 10 µGal (1 µGal = 10-8 m s−2) in 2019 with respect to 2017. Simplistic forward modelling of the produced geothermal fluid using a multiple Mogi sphere model can partly explain the residual gravity decrease. This suggest that a significant part of the injected geothermal fluid flows away, maybe drained by the Tjarnarás fault to the South where an increase of the water table level is observed. However, further modelling work is needed to confirm this