Caractérisation expérimentale et modélisation des processus microbiens et des interactions fluides-roches dans le cadre du stockage de H2
Direction Sciences de la Terre et Technologies de l’Environnement

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 quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire 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.

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. Dans ce contexte, la Direction Sciences de la Terre et Technologies de l’Environnement met en œuvre ses moyens expérimentaux et numériques afin de caractériser, comprendre et modéliser le sol et le sous-sol.

Caractérisation expérimentale et modélisation des processus microbiens et des interactions fluides-roches dans le cadre du stockage de H2

Contexte du stage

Le dihydrogène (H₂) est de plus en plus considéré comme une solution prometteuse dans le cadre de la transition énergétique, notamment grâce à son potentiel à compenser l'intermittence des énergies renouvelables comme le solaire ou l'éolien. L'une des options pour stocker le H₂ est de l'injecter dans des réservoirs géologiques naturels, tels que des aquifères ou des gisements d'hydrocarbures déplétés. Ces structures souterraines présentent l'avantage de pouvoir stocker de grandes quantités de gaz, tout en réduisant l'impact au sol et en offrant une sécurité accrue par rapport aux stockages en surface.

Cependant, plusieurs défis subsistent concernant le comportement du H₂ dans ces milieux naturels poreux. Sa forte mobilité et sa réactivité, en particulier en présence de micro-organismes, posent des questions sur la stabilité et la conservation du gaz injecté lors des cycles d'injection et de soutirage. En particulier, les bactéries sulfato-réductrices souvent présentes en subsurface peuvent consommer le H₂ et produire du sulfure d’hydrogène (H₂S), un gaz corrosif et toxique, pouvant altérer l’intégrité des matériaux et la sécurité des installations mais également modifier les équilibres géochimiques du réservoir et déstabiliser les stockages sur le long terme.

Ainsi, il devient crucial de mieux comprendre le couplage entre les réactions microbiennes et minéralogiques pour anticiper et maîtriser les processus biogéochimiques qui se produisent dans les conditions de stockage. Cette compréhension est essentielle pour dérisquer le déploiement futur du stockage géologique de l'hydrogène dans le cadre de la transition énergétique.

Programme du stage

Le stage se déroulera en 2 volets :

Volet 1 : Essais en laboratoire

L’étudiant(e) conduira des expériences en laboratoire afin d’examiner les interactions biogéochimiques impliquant une souche bactérienne sulfato-réductrice (Desulfovibrio desulfomonas g11). Ces expériences seront réalisées en triplicats, en faisant varier plusieurs paramètres tels que :

• La température,
• La composition et la granulométrie des minéraux,
• La salinité.

En complément, des expériences contrôles abiotiques et sans minéraux seront menées pour chaque condition testée.

Différents types de minéralogies seront étudiés des grès (considérés comme des substrats non réactifs), des minéraux soufrés tels que le gypse, ainsi que des grès enrichis en minéraux ferreux (hématite, magnétite).

La composition des gaz consommés et produits sera analysée par microGC, tandis que l’évolution de la croissance cellulaire totale sera caractérisée par PCR quantitative en R067. Parallèlement, des analyses minéralogiques par DRX, des mesures de chimie des eaux (éléments majeurs issus des interactions avec les minéraux et espèces soufrées) et des mesures BET de la surface spécifique des minéraux seront réalisées par R05.

Volet 2 : Modélisation

Dans un deuxième temps, l’étudiant(e) mettra en œuvre une approche de modélisation pour reproduire et approfondir les essais expérimentaux dans le but de caractériser les processus biogéochimiques observés. Cette modélisation se déroulera en trois étapes principales :

• Modélisation biologique : Reproduction des expériences réalisées au laboratoire pour modéliser les processus biologiques observés.
• Modélisation abiotique : Evaluation de l’interaction entre la solution aqueuse ayant réagi avec les microorganismes et les minéraux.
• Modélisation couplée : Combinaison des processus biologiques et abiotiques afin d’identifier les paramètres clés influençant le système global. Ces résultats permettront de proposer ultérieurement des modèles simplifiés éventuellement utilisables par un outil de transport réactif

Profil recherché

Etudiant(e) en Master 2, orientation microbiologie environnementale expérimentale.

• Bon esprit de synthèse.
• Fort intérêt pour l’analyse de données, la modélisation et la compréhension des processus géochimiques

Informations complémentaires

Mots-clefs : hydrogène, bactéries sulfato-réductrices, cinétiques microbiennes, modélisation interactions fluides/roches, modélisation des réactions biologiques

Durée et Période du stage : 5 mois (février-mars à juin-juillet 2026)
Proposition de thèse en continuité envisagée : Non
Lieu du stage : IFPEN, 1 & 4 avenue de Bois Préau - 92852 Rueil Malmaison

Candidature : Envoyer CV et lettre de motivation