Description du sujet de thèse

Recruté(e) au CNRS au sein de l’IC2MP (Institut de Chimie des Environnements et Matériaux de Poitiers) et en collaboration avec l’Université de Strasbourg (EOST), le/la candidat(e) travaillera sur un projet financé dans le cadre du PEPR (Programme et Equipement Prioritaires de Recherche) sous-sol – Projet Ciblé « Fossé Rhénan » et Electricité de Strasbourg.
Les saumures chaudes (sup. 150°C) circulant dans les réservoirs géothermiques du Fossé rhénan supérieur sont exploitées par forage pour la production de chaleur ou d’électricité. Dans le socle fracturé, ces saumures circulent principalement dans un réseau de fractures multi-échelle depuis l’échelle microscopique jusqu’à celle des failles locales. Dans ce socle granitique, ces failles sub-verticales sont caractérisées par un cœur de failles fortement déformé qui est associé à des zones périphériques endommagées où se développent de la fracturation et des altérations hydrothermales (dissolutions et précipitations minérales). Cependant, lorsqu’on remonte dans la pile sédimentaire, en particulier avec les grès du Permien et du Trias inférieur sur-incombant le socle, la compréhension de l’architecture, des propriétés réservoir de ces failles et leur caractère perméable est moins bien connue. En effet, les séries gréseuses à porosité matricielle sont à la fois affectées par des processus de diagenèse importants et de circulation de fluides dans les fractures. Il en résulte des phénomènes de précipitation minérale qui peuvent affecter à la fois la porosité matricielle des grès mais aussi la structure interne des failles. La compréhension du rôle de barrière ou de drain via des études géologiques, sédimentologiques, structurales et minéralogiques est le cœur de ce sujet de thèse.

Dans le laboratoire IC2MP, sur la base de la compréhension sédimentologique des structures de porosité et de perméabilité des grès, l’analyse minéralogique des minéraux argileux, notamment illitiques, aura pour objectif de montrer, au niveau de la discordance et dans les formations gréseuses sus jacentes, l’étendue des circulations hydrothermales en distinguant sur la base de critères morphologiques et microstructuraux les illites issues de la diagenèse silicoclastique de celles issues des circulations hydrothermales. L’utilisation de la méthode SWIR (Short Wave InfraRed) dans la reconnaissance des minéraux argileux a pour objectif d’aller vers une quantification des phases argileuses, en réalisant des calibrations par couplage avec de la quantification Rietveld en diffraction de rayons X. L’objectif étant d’appréhender directement la teneur en minéraux argileux lors de la réalisation des forages. Couplée aux diagraphies de résistivité électrique, la spectroscopie SWIR permettra de mettre en évidence l’origine de la réponse de résistivité électrique, saumure hydrothermale ou phases argileuses, et de distinguer les zones fracturées paléo-perméables de celles actuellement perméables au sein des réservoirs.
En complément, la texturation des minéraux argileux au sein de roches argilisées sera appréhendée au travers de la réalisation de cartes minérales (QEMSCAN). Une approche par diffraction des rayons X 2D pourra également être initiée en vue de cartographier, à l’échelle de la lame mince, les minéraux argileux et leur degré d’orientation.
Ces données, mises en parallèle avec les propriétés pétrophysiques des roches (littérature, données industrielles), permettront de préciser les teneurs seuils, en lien avec l’organisation texturale, impactant les qualités réservoirs des formations géologiques ou celles des zones fracturées, et pourront être utilisées dans le cadre de modélisation thermo-hydro-mécanique des réservoirs.

En partenariat avec l’Université de Strasbourg, l’objectif sera de bénéficier de leurs efforts continus sur le Groupe Buntsandstein, afin de calibrer les résultats minéralogiques obtenus avec le contexte stratigraphique, y compris les résultats de la sédimentologie détaillée à l’échelle des faciès, des éléments architecturaux et des associations de faciès.
L’évolution de l’approche minéralogique des réservoirs devrait se développer en même temps que l’amélioration continue de la compréhension du paléoenvironnement dans lequel les sédiments permo-triasiques se sont déposés.

En partenariat avec ES-Géothermie, des échantillons de forage d’Alsace du Nord de type cuttings ou carottes seront sélectionnés. Les résultats seront confrontés avec les connaissances sur le réservoir triasique (log lithostratigraphique, log de fracturation naturelle, logs géophysiques, mesures pétrophysiques, sismique, tests de puits, …).

Le/la candidat/e sera responsable des activités suivantes :
– Caractérisation minéralogique des échantillons (lames minces, XRD, SWIR, SEM, XRF, etc.). D’autres caractérisations (QEMSCAN…) seront réalisées en collaboration avec les partenaires académiques et industriels du projet.
– Présentation des résultats lors des réunions d’avancement du consortium et du PEPR.
– Contribution à des publications scientifiques dans des revues.
– Présentation des résultats à des conférences nationales et internationales.

Les compétences attendues sont celles d’un master en géologie des réservoirs. Par ailleurs, une maîtrise des outils de caractérisation minérale (spectroscopie IR, diffraction des rayons X …), et de pétrographie (utilisation de la microscopie optique et électronique) est attendue ainsi qu’une bonne connaissance des minéraux argileux. La connaissance de la géologie régionale sera également un atout pour le projet.

De solides compétences en matière de rédaction et de communication des résultats sont attendues.
Un très bon niveau d’anglais écrit/oral, ainsi que la capacité d’utiliser des langages analytiques tels que PYTHON sont recommandés.

Contexte de travail

Au CNRS, le/la candidat/e travaillera à Poitiers au sein de l’Institut de Chimie des Environnements et des Matériaux de Poitiers (IC2MP). L’IC2MP (UMR 7285 CNRS Université de Poitiers – https://ic2mp.labo.univ-poitiers.fr/) est une unité de recherche interdisciplinaire (chimie – géosciences) au sein de laquelle sont menés des travaux de recherche sur l’efficacité des procédés (catalyse, recyclage, traitement de l’eau, molécules à haute valeur ajoutée…), la gestion durable des ressources (eaux, sols carbone, minerais, déchets, …), l’intégration de la chimie dans les filières d’avenir (matériaux biosourcées, stockage de l’énergie. Dans ce projet, le/la candidat/e rejoindra l’équipe « Hydrogéologie, Argiles, Sols et Altérations » (HYDRASA) dont la thématique générale porte sur la compréhension et la modélisation des transferts dans les géosystèmes réactifs. Le/la doctorant/e sera sous la supervision de la responsable scientifique, Prof. Patricia Patrier et co-encadré(e) par Dr Fabien Baron (MCF).

A l’Université de Strasbourg, le/la candidat/e travaillera avec les équipes Geological Systems et potentiellement la géophysique et l’imagerie des processus. Le/la candidat/e sera accueilli à Strasbourg pendant certaines campagnes de terrain avec d’autres collègues, période pendant laquelle l’échantillonnage sera effectué.
L’idée est de présenter d’abord l’ensemble du terrain, puis d’entrer dans le détail des différentes formations du Buntsandstein et de leurs spécificités. Pour ce faire, l’étudiant/e réalisera une cartographie géologique de base associée à des diagraphies sédimentologiques stratigraphiques, afin de saisir au mieux les variations spatiales et temporelles des unités d’intérêt.

A ES-Géothermie, le/la candidat/e travaillera avec l’équipe subsurface composée de géoscientifiques spécialisés dans les réservoirs géothermiques d’Alsace du Nord. ES-Géothermie exploite deux centrales de géothermie profonde produisant de l’électricité et de la chaleur, à partir des saumures géothermales circulant à l’interface socle couverture. ES-Géothermie participe à des projets R&D pour mieux comprendre ces réservoirs et donc en optimiser l’exploitation.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l’autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Pas de risque particulier. Le/la candidat/e sera soumis au règlement intérieur des laboratoires d’accueil et de l’entreprise pour toutes les règles d’hygiène et de sécurité. Des missions ponctuelles à ES-Géothermie et à l’Université de Strasbourg, ainsi que sur le terrain en Alsace seront planifiées.

Informations complémentaires

Les candidatures doivent être accompagnées d’un CV détaillé et d’une lettre de motivation en anglais.
Ce poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST) et nécessite donc, conformément à la réglementation, que l’arrivée du (de la) candidat(e) soit autorisée par l’autorité compétente du MESR.