Thèse Rose-Nelly OGANDAGA CAPITO

Malgré plusieurs décennies d’exploration et la mise en évidence d’anomalies thermiques dans le Fossé Rhénan Supérieur, les mécanismes qui gouvernent la circulation des fluides en profondeur ne demeurent que partiellement compris. Les modèles numériques récents décrivent le plus souvent un régime thermique dominé par la convection forcée, où les contrastes topographiques entre les reliefs bordant le fossé et la dépression centrale du graben génèrent des gradients de pression responsables d’écoulements souterrains dirigés des marges vers le centre du fossé. Toutefois, les observations de terrain et les données géochimiques indiquent que ce schéma ne suffit plus à expliquer la répartition des températures mesurées ni les signatures chimiques et isotopiques des saumures profondes échantillonnées dans le socle. Ces éléments suggèrent que des mécanismes physiques, liés aux variations de densité et de viscosité des fluides avec la température, jouent un rôle majeur dans l’organisation des circulations hydrothermales.

Cette thèse vise à évaluer la contribution de la convection libre à la formation des anomalies thermiques régionales et à déterminer l’influence de la morphologie du toit du socle granitique sur la dynamique des circulations profondes. Pour ce faire, des modèles thermo-hydrauliques bidimensionnels et tridimensionnels ont été développés à une échelle semi-régionale, à partir de géométries de l’interface socle-couverture progressivement plus complexes, et associées à des distributions de perméabilité fonction de la profondeur. Les résultats montrent comment des variations sur la connaissance de la topographie de cette interface peuvent modifier la distribution spatiale des températures simulées. À l’échelle du bloc simulé, les résultats permettent de discuter de la possibilité de transferts de fluides des parties sédimentaires centrales profondes les plus chaudes vers les marges où on les retrouve dans le socle.

Despite several decades of exploration and the identification of thermal anomalies in the Upper Rhine Graben, the mechanisms governing deep fluid circulation remain only partially understood. Recent numerical models generally describe a thermal regime dominated by forced convection, in which topographic contrasts between the uplifted margins and the central depression of the graben generate pressure gradients that drive groundwater flow from the margins toward the center. However, field observations and geochemical data indicate that this conceptual model no longer fully explains the distribution of measured temperatures or the chemical and isotopic signatures of deep brines sampled in the basement. These findings suggest that physical mechanisms related to buoyancy, driven by temperature-dependent variations in fluid density and viscosity, play a major role in the organization of hydrothermal circulation.

This thesis aims to assess the contribution of free convection to the formation of regional thermal anomalies and to determine the influence of basement topography on the dynamics of deep fluid flow. To this end, two- and three-dimensional thermo-hydraulic models were developed at a semi-regional scale, based on progressively refined geometries of the basement–cover interface and depth-dependent permeability distributions. The results demonstrate how uncertainties in the topography of this interface can significantly affect the spatial distribution of simulated temperatures. At the scale of the modeled block, the findings provide insights into the potential for fluid transfer from the deep, hot, central sedimentary zones toward the margins, where such fluids are observed within the crystalline basement.