Tomografie elettriche 3D per il monitoraggio di sonde geotermiche, test di laboratorio.

This thesis focuses on the analysis and optimization of indirect monitoring strategies through the use of three-dimensional electrical resistivity tomography (ERT 3D), with particular reference to its potential applications for monitoring low-enthalpy geothermal probes. The main objective is to assess the effectiveness of the technique, its limitations, and evaluate the optimal sensor arrangement (including borehole sensors) compared to traditional surface analyses, identifying the conditions under which the adoption of more costly methodologies is justified for a more detailed thermal characterization of the subsoil. The experimental investigation was conducted at a laboratory scale using a thermal box filled with saturated porous geological media to simulate realistic heat propagation conditions. The experimental setup involves the controlled injection of heat through a geothermal probe, with data acquisition through thermographic measurements, temperature sensors, and electrical tomography. The results highlight a more heterogeneous thermal propagation than expected, with detectable effects in both thermographic measurements and variations in electrical resistivity. The comparison between numerical simulations and experimental data confirmed the potential of 3D ERT in monitoring thermal anomalies, providing detailed information on the spatial distribution of heat and the geoelectrical properties of the subsoil. The study emphasizes the importance of accurate calibration between geophysical data and direct measurements to improve the reliability of geoelectrical surveys. The results contribute to the optimization of monitoring methodologies for low-enthalpy geothermal probes, with practical implications for the design of optimized geothermal systems, both technically and economically.

La presente tesi si concentra sull'analisi e l'ottimizzazione di strategie di monitoraggio indiretto attraverso l’impiego della tomografia di resistività elettrica tridimensionale (ERT 3D), con particolare riferimento a sue potenziali applicazioni per il monitoraggio delle sonde geotermiche a bassa entalpia. L'obiettivo principale è valutare l’efficacia della tecnica, le sue limitazioni e valutare la disposizione ottimale di sensori (inclusi sensori in foro) rispetto ad analisi tradizionali di superficie, individuando le condizioni in cui l'adozione di metodologie più onerose risulti giustificata per una caratterizzazione termica più dettagliata del sottosuolo. L’indagine sperimentale è stata condotta alla scala di laboratorio, utilizzando una thermal-box riempita con mezzi geologici porosi saturi, al fine di simulare condizioni realistiche di propagazione del calore. Il setup sperimentale prevede l’iniezione controllata di calore tramite una sonda geotermica e l’acquisizione di dati mediante misure termografiche, sensori di temperatura e tramite l'utilizzo della tomografia elettrica. I risultati evidenziano una propagazione termica più eterogenea del previsto, con effetti rilevabili sia nelle misure termografiche che nelle variazioni della resistività elettrica. Il confronto tra simulazioni numeriche e dati sperimentali ha confermato il potenziale dell’ERT 3D nel monitoraggio delle anomalie termiche, fornendo informazioni dettagliate sulla distribuzione spaziale del calore e sulle proprietà geoelettriche del sottosuolo. Lo studio evidenzia l’importanza di una calibrazione accurata tra dati geofisici e misure dirette per migliorare l'affidabilità delle indagini geoelettriche. I risultati ottenuti contribuiscono all’ottimizzazione delle metodologie di monitoraggio delle sonde geotermiche a bassa entalpia, con ricadute pratiche sulla progettazione di sistemi geotermici ottimizzati sia sotto il profilo tecnico che economico.