Vers une détection automatisée des mouvements du sol liés à des accidents géothermiques : l'apport du suivi satellitaire InSAR dans le Fossé Rhénan

Un projet porté par l'OSU EOST – Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre  dans le cadre de la thèse de Eric Henrion, octobre 2017

La thématique du projet porte sur un développement méthodologique pour l’utilisation de données satellitaires radar en vue d’une surveillance temps quasi-réel de sites géothermiques et la quantification des mouvements du sol.

La méthode a été développée pour le suivi des déformations de surfaces autour de la centrale géothermique de Landau, située en Allemagne, à environ 80 km au Nord de Strasbourg. Il s’agit d’un système géothermique stimulé (technologie dite EGS) qui fonctionne par un système de puits en doublet (un servant à l’injection de fluide et l’autre à son extraction). Elle est en activité depuis l’année 2007 et a connu un accident entre mai et juin 2013 probablement dû à une fuite dans le puits d’injection. La centrale a dû être arrêtée en mars 2014 en réponse à cet incident.

Localisation de la ville de Landau (Allemagne) et de la zone d'étude

Les données utilisées pour suivre les déformations proviennent de la constellation TerraSAR-X (bande X) de l’agence spatiale allemande (DLR). Elles couvrent une période allant du mois d’avril 2012 au mois de septembre 2016 pour un total de 114 acquisitions, ce qui permet de suivre l’évolution spatiale et temporelle de la déformation avant, pendant, et après l’accident. Ces données ont été traités avec la méthode des réflecteurs persistants (PS-InSAR) avec le logiciel StaMPS (University of Leeds) à cause de la faible cohérence interférométrique que fournirait un traitement InSAR conventionnel pour une zone principalement couverte de champs et forêts. L’enjeu de cette étude est d’exploiter une archive conséquente de données comportant un cas d’accident connu en vue de développer un traitement automatisé avec détection d’anomalies.

Série temporelle de 114 données TerraSAR-X exploitées (date et ligne de base perpendiculaire entre les données images). Les dates de l'indicent géothermique et de l'arrêt de l'exploitation sont indiquées.

Le traitement des données a montré que l’accident se traduisait par une surrection circulaire autour de la centrale, mais aussi le long d’un axe nord sud réparti sur l’ensemble de la ville avec des gradients asymétriques de part et d’autre de l’axe.

Déplacements cumulés des points dits réflecteurs persistants (PS) pour la période de surrection

On observe ensuite une subsidence jusqu’à la fin de la période vers un retour à l’équilibre encore incertain. Un traitement automatisé a été développé avec une étude de séries temporelles pour chaque nouvelle acquisition. L’objectif est de détecter des zones subissant des anomalies pour n’importe quel réflecteur persistant en vue d’éditer une carte d’alerte.

Exemple de carte de détection de changement dans la vitesse de surrection sur la base d'une maille de 200 x 200 m. Cette carte pourrait être utilisé comme carte d'alerte en cas de vitesses de surrections au-delà d'un seuil

Le programme Kalideos permet un accès facilité aux acquisitions TerraSAR-X sur le Fossé Rhénan ; les données acquises dans le cadre du projet permettront de conclure sur l’évolution spatiale et temporelle de la subsidence à Landau, et d'entamer (à partir de l'automne 2017) un suivi des éventuelles déformations dans l'agglomération Strasbourgeoise suite à la réalisation de plusieurs forages géothermiques. Sur le long-terme, l'ensemble des données permettra de mieux contraindre l’élaboration de modèles pour ces déformations.


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