02. HydrASA – Hydrogéologie, Argiles Sols et Altérations (E2)

Equipe HydrASA – Hydrogéologie, Argiles Sols et Altérations (E2)Responsables de l’équipe

Philippe Cosenza et Eric Ferrage (Adjt)

Tryptique de présentation de l’équipe E2 – HydrASA

pdf

flyer-e2-ic2mp

Texte non définitif en cours d’écriture.

La thématique générale sur laquelle travaille notre équipe, HydrASA (Hydrogéologie, Argiles, Sols, Altérations) porte sur la compréhension et la modélisation des transferts dans les géosystèmes réactifs. Ces géosystèmes réactifs renvoient à une grande variété d’objets naturels de dimensions caractéristiques très différentes (Figure 1) :

  • Les minéraux argileux et leurs agrégats (du nanomètre à la centaine de micromètres)
  • Les profils de sols argileux (du centimètre à la dizaine de mètres)
  • Les grands systèmes géologiques (de la centaine de mètres à la centaine de kilomètres)

 

Les objets d’étude de l’équipe HydrASA.

 

Figure 1

Figure 1

Par conséquent, l’équipe doit porter deux enjeux cognitifs forts :

  • Pouvoir relier les différentes échelles d’espace mises en jeu à travers ces objets. Nous sommes convaincus que pour comprendre la mise en place des grands systèmes géologiques et leurs propriétés de transfert, il nous faut aussi (a) comprendre les processus physico-chimiques opérant à l’interface solide (minéral) –liquide (électrolyte) et (b) et l’organisation (microstructure) des matériaux géologiques impliqués.
  • Pouvoir intégrer les grandes échelles de temps (temps géologiques) dans nos approches. C’est une spécificité impérative lorsque des objets géologiques ou pédologiques sont étudiés. Les transferts ici envisagés concernent le transport de masses (fluides ou éléments en solution) mais également le transfert d’énergie (transfert de chaleur).

Plus spécifiquement, l’équipe est visible à l’échelle internationale grâce à sa capacité à mobiliser des compétences multiples (minéralogiques, cristallochimiques, microstructurales et géomécaniques) pour l’étude des milieux et matériaux argileux. C’est sans nul doute cet ensemble de compétences qui aura permis à l’équipe d’accueillir à Poitiers le Master National Argiles et le Master Erasmus Mundus IMACS (International Master in Clay Science) placés sous la responsabilité d’HydrASA.

L’existence d’un Site Expérimental Hydrogéologique (SEH) de Poitiers qui constitue l’un des trois sites du Réseau National de Sites Hydrogéologiques (Service d’Observation H+ labélisé par l’INSU) contribue également à la visibilité nationale voire internationale de l’équipe.

La visibilité internationale de l’équipe s’est également accrue depuis 2010 par la découverte faite par un noyau de chercheurs d’HydrASA, de fossiles des plus anciens organismes pluricellulaires connus (2,1 Milliards d’années) dans un bassin sédimentaire gabonais. Depuis cette date, HydrASA assume le pilotage d’un programme international sur l’étude des paleoenvironnements liés à ces organismes vivants primitifs, dont la caractérisation permettra de mieux comprendre l’apparition de la vie sur la Terre.

D’une manière plus précise, les activités de recherche de l’équipe HydrASA se structurent suivant quatre domaines de compétences (DC) (Figure 2).

Les domaines de compétences d’HydrASA.

Figure_2-e57f0

Figure 2

DC1 : Eaux milieux fracturés

Les recherches ici menées sont axées sur les transferts d’eau et de solutés dans les réservoirs fracturés hétérogènes. La démarche scientifique repose sur une approche couplant la modélisation numérique et des données expérimentales acquises à l’échelle d’un site naturel (échelle 1). Depuis quelques années, cette approche s’est déployée de manière originale sur un système naturel pro parte contrôlé d’un point de vue expérimental : le Site Expérimental Hydrogéologique (SEH) de Poitiers (site du réseau Service d’Observation H+ de l’INSU). Outre ses propres activités de recherche, ce domaine de compétences se voit ainsi assigné des taches d’observation (recueil et archivage de données hydrogéologiques et hydrométéorologiques, maintenance des capteurs de 35 forages, profonds d’une centaine de mètres).

DC2 : Systèmes d’altération à grande échelle

La démarche consiste à caractériser et à dimensionner les systèmes d’altération (systèmes hydrothermaux, sols et altérations de surface) résultant des interactions fluides/roches à l’échelle géologique. Les observations de terrain (affleurements, fosses pédologiques, forages, travaux miniers) couplées à l’étude minéralogique et pétrographique des altérations permettent de décrire les transformations des roches et d’établir la distribution des paragenèses dans le temps et dans l’espace. Ces transformations s’opèrent suite à la remobilisation des éléments par les fluides à l’échelle géologique ou de microsystèmes d’altération. L’intégration des propriétés cristallochimiques, texturales et thermodynamiques des minéraux (souvent argileux) permet alors de retracer les transformations qu’ils ont subies dans ces milieux naturels depuis leur formation. L’expertise dans la mise en œuvre de cette approche intégrée multi-échelle impliquant des minéraux argileux difficilement caractérisés d’un point de vue cristallochimique constitue l’originalité forte de cette composante de l’équipe.

DC3 : Hétérogénéités texturales et propriétés macroscopiques

La démarche repose sur l’analyse quantitative de la distribution spatiale 2D/3D et multi-échelle (μm – dm) du squelette minéral et du réseau poral associé dans le but d’établir le lien entre texture (microstructure) et propriétés macroscopiques relatives au transport des solutés et au comportement mécanique observé à l’échelle de l’ingénieur. Cette analyse quantitative s’appuie sur un couplage de méthodes poussées dans leur utilisation quantitative : microscopie MEB, tomographie aux RX, analyse d’images par Corrélation d’Images Numériques et enfin autoradiographie par résines radioactives dont l’équipe possède aujourd’hui l’expertise internationale (projet européen Posinam qui a débouché sur la construction d’une salle dédiée).

DC4 : Cristallochimie et réactivité des minéraux

Les constituants minéraux finement divisés des systèmes naturels étant complexes, il est nécessaire d’étudier leur stabilité et leur réactivité à l’aide de systèmes expérimentaux plus simples. L’utilisation de minéraux naturels ou synthétiques constituant des pôles purs (systèmes dits modèles) permet d’approfondir la connaissance de leurs propriétés volumiques et surfaciques (constantes d’échange cationique, constantes d’hydratation, constantes thermodynamiques …). L’objectif est de mesurer leur sensibilité à différents paramètres tels que température, conditions Redox, pH, cations échangeables… Il est alors possible d’étendre cette connaissance à la complexité des compositions des minéraux des argiles dans les systèmes naturels (solutions solides). Les originalités de ce domaine de compétence portent donc sur (a) la prise en compte dans les traitements thermodynamiques proposés, les informations issues des interprétations des signaux diffractométriques et spectroscopiques (b) l’utilisation de « systèmes modèles » pertinents et (c) par là même, la synthèse de minéraux argileux permettant ainsi de contrôler leurs caractéristiques cristallochimiques et texturales, une spécificité de l’équipe reconnue à l’échelle internationale.

Tryptique de présentation de l’équipe E2 – HydrASA

pdf

flyer-e2-ic2mp

Recherche

Menu principal

Haut de page