Caractérisation expérimentale de l'impact d'une altération géochimique sur les propriétés élastiques d'une roche carbonatée
Géosciences


Type de contrat
Stage
Début
Entre janvier et mars 2020
Durée
5 mois
Région
Ile de France
Indemn / Rém
Oui

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IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de trois priorités stratégiques : mobilité durable, énergies nouvelles et hydrocarbures responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

  • l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
  • la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Caractérisation expérimentale de l'impact d'une altération géochimique sur les propriétés élastiques d'une roche carbonatée

Les interactions fluides-roches jouent un rôle fondamental dans l'évolution de notre environnement. Elles vont notamment influer sur le développement des systèmes karstiques, sur l'altération météorique des roches et donc les taux d'érosion continentale, ainsi que sur le recul des falaises sous l'action de l'infiltration des eaux météoriques… L'ensemble de ces processus va dépendre des conditions climatiques et les couplages thermo-hydromécaniques et chimiques associés devront donc être pris en compte pour prévoir l'impact du changement climatique sur les zones vulnérables concernées.

L'intégration des interactions fluides-roches dans des modèles à grande échelle requière une meilleure connaissance des effets du transport réactif à l'échelle de la microstructure où les différents processus vont s'initier. La plupart des études expérimentales se focalisent sur l’évolution de la porosité et de la perméabilité et peu d'entre elles abordent l’impact des conditions d'écoulement sur les modules élastiques et la vitesse de propagation des ondes.

L'objectif de ce travail de stage sera de tester une approche expérimentale couplant une phase d'altération en autoclave ou en cellule d'écoulement et une phase de caractérisation de la vitesse de propagation des ondes. Une analyse des effets de l'altération sur la structure poreuse sera également réalisée par imagerie scanner afin de contrôler le niveau d'hétérogénéité des échantillons altérés. Les essais seront réalisés sur des échantillons de carbonate disponibles à IFPEN.

Une première étape consistera à réaliser des calculs géochimiques 0D (i.e. sans considérer le transport) l'aide du logiciel Arxim pour estimer la variation attendue de porosité (diminution en cas de cimentation ou augmentation en cas de dissolution) en fonction d'une part, de la composition du fluide interstitiel et de la roche sélectionnée, et d'autre part, des conditions de pression et de température. On choisira alors des conditions d'altération (composition du fluide, pression et température) susceptibles de générer une variation de porosité suffisante pour avoir un impact sur les propriétés mécaniques des échantillons.

Dans une seconde étape, on appliquera ces conditions à des échantillons de roche placés en autoclave et on déterminera les variations de porosité effective générées. Si ces variations restent insuffisantes, on utilisera au besoin une cellule d'écoulement pour permettre un renouvellement du fluide réactif.

La troisième étape consistera à caractériser les propriétés élastiques des échantillons altérés. La mesure de la vitesse de propagation des ondes étant non destructive, elle pourra être réalisée sur un même échantillon avant et après altération, ce qui permettra d'évaluer précisément l'impact de l'altération.

Finalement, si l'altération s'avère suffisamment homogène, on proposera une loi d'évolution des modules élastiques déduits des mesures de vitesses acoustiques en fonction de la variation de porosité. Si a contrario le profil d'altération obtenu est hétérogène, on cherchera à définir une méthode d'interprétation des mesures de vitesse sous la forme de propriétés élastiques effectives.

Connaissances exigées :

Goût pour l'expérimentation, connaissances en géosciences et en géochimie