Ce projet serait sous la direction de : M. Philippe COSENZA (UP) et Mme KESSOURI (BRGM)

Unité de recherche : IC2MP – Equipe Hydrasa

Ecole doctorale : Rosalind Franklin – énergie, environnement, bio santé

Intitulé du sujet :

Caractérisation électrique large bande et microstructurale des matériaux argileux utilisés pour le stockage souterrain

Matériaux argileux, polarisation provoquée, fréquences intermédiaires, tomographie à rayons X, WAXS/SAXS

Début de thèse : à partir du 01/10/2025

Mots clés : Matériaux argileux, polarisation provoquée, fréquences intermédiaires, tomographie à rayons X, WAXS/SAXS

Résumé :

Cette thèse s’inscrit dans le programme scientifique du projet ANR PRCI BARRIERS. L’objectif principal du projet BARRIERS est d’améliorer notre compréhension des processus de conduction et de polarisation contrôlés par diffusion, sous-jacents à la réponse diélectrique large bande (mHz à MHz) des matériaux argileux.
Vous serez en charge de développer un dispositif unique en laboratoire de mesure électrique et électromagnétique large bande (mHz – MHz) et de caractérisation géochimique ultrafine utilisant les rayons X (muCT, SAXS, WAXS) afin de mieux comprendre le signal électrique des argiles au cours de processus d’hydratation et de diffusion. Vous dirigerez également l’interprétation des résultats et explorerez les liens potentiels entre les propriétés géochimiques et minéralogiques des matériaux argileux avec leur caractérisation électrique, testant et adaptant diverses approches de modélisation développées dans la littérature ainsi que les nouvelles approches développées au sein du projet BARRIERS.
Ce travail permettra de développer l’instrumentation géophysique large bande et d’améliorer l’interprétation et l’utilisation des méthodes géophysiques électriques et électromagnétiques afin de suivre finement les propriétés de confinement des barrières argileuses ouvragées pour le stockage souterrain.

Contexte et problématique :

Pour limiter les impacts du changement climatique sur l’environnement, des mesures d’atténuation efficaces telles que le piégeage et le stockage géologique du dioxyde de carbone (CO2), de l’énergie géothermale et des vecteurs d’énergie (e.g., H2) à grande échelle doivent être combinées à une expansion majeure des énergies renouvelables.
Les formations argileuses agissant comme des barrières stratigraphiques (“cap rocks”) sur les réservoirs d’énergie en raison de leur faible perméabilité jouent un rôle clé pour atteindre les objectifs en matière d’énergie sans carbone et doivent être caractérisées avec précision en termes d’état et de propriétés de confinement. Une étude efficace de la formation géologique argileuse doit faire appel à des techniques d’exploration géophysique non intrusives et intégratives complémentaires aux mesures hydrogéochimiques directes et locales. Les méthodes électriques et électromagnétiques peuvent donner des indications précieuses sur les propriétés de confinement des barrières argileuses qui sont des milieux complexes grâce à leur sensibilité aux propriétés texturales et à la minéralogie.

Au terme des 3 années de recherche, la thèse de doctorat visera à répondre à des questions de recherche précises :
– Quelles sont les signatures électriques à basses et moyennes fréquences de l’hydratation et de la diffusion dans un matériau argileux ?
– Existe-t-il des relations directes entre les propriétés géochimiques et minéralogiques des argiles (par exemple, la porosité inter-agrégats, la proportion relative des différents types d’eau intercouche à saturation ou la pression de gonflement) et les mesures de conductivité électrique à différentes fréquences lors de l’hydratation ?
– Comment la diffusion (remplacement de Na+ par Cs+) influence-t-elle ces relations ?

Description du sujet :

La travail de thèse consistera à développer un dispositif unique en laboratoire de mesure électrique et électromagnétique large bande (mHz – MHz) et de caractérisation géochimique ultrafine utilisant les rayons X (muCT, SAXS, WAXS) afin de mieux comprendre le signal électrique des argiles au cours de processus d’hydratation et de diffusion.
Ce travail permettra de développer l’instrumentation géophysique large bande et d’améliorer l’interprétation et l’utilisation des méthodes géophysiques électriques et électromagnétiques afin de suivre finement les propriétés de confinement des barrières argileuses ouvragées pour le stockage souterrain.

Méthodologie et mise en œuvre :

Dans le cadre de votre travail de thèse, vous serez principalement chargé(e) de :
– Participer au développement des cellules de mesures sur une large bande de fréquences (plusieurs technologies différentes) ;
– Réaliser les expériences en laboratoire d’hydratation et de diffusion sur les matériaux argileux ;
– Réaliser les mesures de comparaison par tomographie rayons X (CT) et diffusion des rayons X aux petits et grands angles (SAXS et WAXS) ;
– Développer des modèles reliant les propriétés électriques mesurées aux paramètres minéralogiques et géochimiques caractérisant l’hydratation et la diffusion dans les matériaux argileux ;
– Communiquer les résultats engendrés par le biais de participation à des conférences internationales et de rédaction de publications scientifiques de rang A.

Profil recherché :

Vous êtes titulaire d’un diplôme de niveau BAC+5 (Master 2 recherche, Ecole d’ingénieur ou équivalent) avec une formation en géophysique ou en physique/mesures physiques avec un intérêt pour les géosciences. Vous possédez une grande rigueur et un intérêt fort pour l’expérimentation en laboratoire. Une bonne connaissance de la modélisation géophysique, de la physique des sols, ainsi que des processus géochimiques et minéralogiques sera appréciée. Des connaissances en informatique sont indispensables.

 

Contact pour plus d’informations et pour candidater jusqu’au 23/07/25 :

Philippe COSENZA : philippe.cosenza@univ-poitiers.fr