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Thèse Dynamique du piégeage par capillarité pour le stockage géologique du CO2 : microfluidique expérimentale et numérique H/F

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mercredi 18 mai 2022

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Informations générales

Référence : UMR7327-MARROU0-022
Lieu de travail : ORLEANS
Date de publication : mercredi 27 avril 2022
Nom du responsable scientifique : ROMAN Sophie
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

L'utilisation du sous-sol à des fins environnementales ou industrielles pour le stockage géologique du CO2, ou la dépollution des sols implique des problématiques d'écoulements multiphasiques pour lesquelles nos capacités prédictives doivent être améliorées. Le projet ANR (Agence Nationale de la Recherche) GéoMIME (2022-2026) a pour but d'étudier les mécanismes qui contrôlent le piégeage résiduel et par dissolution dans les milieux poreux. Une description correcte des écoulements multiphasiques et du transfert de masse dans les sous-sols ne peut être obtenue qu'à partir d'une connaissance approfondie des mécanismes en jeux à l'échelle des pores. GéoMIME s'appuie sur le développement de nouvelles méthodes en microfluidique expérimentale et numérique pour dévoiler la dynamique complexe du piégeage capillaire et par dissolution dans le but d'améliorer nos estimations des capacités de stockage des réservoirs, de réduire l'impact environnemental pour le stockage du CO2 et d'évaluer le comportement à long terme du CO2 piégé

Contexte de travail

L'ISTO est une Unité Mixte de Recherche en Géosciences rattachée à l'Université d'Orléans, au CNRS et au BRGM (Service géologique national). Les recherches portent sur les enveloppes externes de la Terre (manteau supérieur, croûte continentale, atmosphère), et les processus d'échanges aux interfaces entre manteau-croûte et croûte-atmosphère. Le laboratoire est structuré en cinq groupes de recherche : biogéosystèmes continentaux, milieux poreux, géodynamique, métallogénie et géo-énergie, magma. L'ISTO est porteur du LabEx VOLTAIRE et de l'EquipEx PlaneX. Il anime un Service National d'Observation (SNO) de l'INSU, « Tourbières », et le site 'Val d'Orléans' du SNO « Karst ». Il dirige deux des sept plateformes de l'infrastructure PIVOTS (BRGM-CNRS) financée par la région Centre-Val de Loire et l'Europe.

Contexte scientifique
Le stockage du CO2 dans les formations géologiques profondes est une technique prometteuse qui vise à réduire les émissions de CO2 dans l'atmosphère. L'injection de CO2 dans une structure géologique induit des processus d'écoulements multiphasiques. La distribution des différentes phases fluides (CO2, saumure) dans le réseau poreux de la roche dépend des propriétés physiques et chimiques des fluides et du réservoir. Nous nous intéressons en particulier au piégeage par capillarité en milieux poreux (lorsque les forces capillaires retiennent le CO2 dans les espaces interstitiels de la formation rocheuse). Une meilleure compréhension des mécanismes d'écoulements multiphasiques est nécessaire afin de prédire la capacité de stockage d'un réservoir et de contrôler/d'améliorer le procédé d'injection de CO2. Aujourd'hui, il y a un manque de données haute résolution pour comprendre les différents mécanismes en jeu dans ces processus du sous-sol. L'objectif de cette thèse est de révéler la dynamique complexe du piégeage par capillarité grâce aux outils de la microfluidique expérimentale et numérique pour représenter les processus du sous-sol.
Les micromodèles, encore appelés systèmes microfluidiques ou « laboratoires géologiques sur puce », permettent une visualisation directe des écoulements à l'échelle du pore. Les micromodèles sont une représentation d'un espace poral gravé sur un substrat (en verre, en silicium, ou en polymère), puis recouvert d'un matériau transparent. L'espace poral qui est représenté peut être de géométrie variable, allant de simple microcanaux à des structures poreuses complexes mimant les milieux naturels.
L'objectif de cette thèse est de prédire la saturation résiduelle de systèmes diphasiques (eau/CO2, eau/huile) en fonction des propriétés de l'écoulement et du milieux poreux lorsque les forces capillaires dominent. Pour cela nous allons capturer l'évolution spatiale et temporelle des interfaces fluide/fluide pour différentes conditions d'écoulement et paires de fluides représentatifs d'écoulements souterrains. Nous utiliserons des micromodèle de complexité croissante pour d'abord isolé les mécanismes en jeu, puis étudier l'influence du réseau de pores sur le piégeage capillaire. Les modèles de mécanique des fluides numériques développés dans notre laboratoire seront utilisés et améliorés pour compléter les données expérimentales. Différents régimes d'écoulement et des descripteurs pertinents des écoulements diphasiques seront identifiés.

Informations complémentaires

Profil du candidat : Diplômé de master ou école d'ingénieur, formation initiale en physique, mécanique des fluides ou géosciences. Goût pour la recherche et le travail en laboratoire. Bonnes capacités rédactionnelles.

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