Présentation générale

Responsables : Patricia PATRIER MAS et Emmanuel TERTRE

La thématique générale de l’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 :

  • 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)

HydrASA, deux enjeux cognitifs forts :

  • relier les différentes échelles d’espace mises en jeu à travers ces objets. Pour comprendre la mise en place des grands systèmes géologiques et leurs propriétés de transfert, il 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.
  • 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 concernent le transport de masses (fluides ou éléments en solution) mais également le transfert d’énergie (transfert de chaleur).

Les atouts : une visibilité à l’échelle internationale grâce à une 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 7 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 paléoenvironnements liés à ces organismes vivants primitifs, dont la caractérisation permettra de mieux comprendre l’apparition de la vie sur la Terre.

 

Axes de recherche

L’équipe a comme objectif scientifique l’étude des transferts multi-échelles dans les géosystèmes de surface et sub-surface. Les activités de l’équipe s’organisent en trois thématiques :

  • Axe 1 : Fonctionnement des géosystèmes réactifs (sols, bassins sédimentaires, aquifères, systèmes hydrothermaux et plus largement systèmes d’altération),
  • Axe 2 :  Propriétés et réactivité des systèmes solutions/minéraux argileux,
  • Axe 3 : Spatialisation et modélisation multi-échelles du transfert réactif.
Axes de recherche

 

Organisation

Axe 1 - Fonctionnement des géosystèmes réactifs (sols, bassins sédimentaires, aquifères et systèmes hydrothermaux)

  1.  comprendre la mise en place et le fonctionnement passé de systèmes géologiques impliquant le plus souvent des interactions fluides/roches/vivant (organismes ou microorganismes)
  2. préciser la réponse de ces environnements à une activité anthropique.

L’objectif des recherches est d’intégrer de nombreuses données et observables d’origines diverses (affleurements ou fosses pédologiques, données pétrographiques, pétrophysiques et minéralogiques, données de forages/pompages etc.) dans l’objectif de décrire et/ou prédire les transformations des roches étudiées et plus largement le fonctionnement du géosystème dans lequel elles se situent.

Axe 2 - Propriétés et réactivité des systèmes solutions/minéraux argileux

Objectif : Comprendre des interactions aux petites échelles entre les minéraux naturels notamment argileux et leur environnement.

Méthodes :

  • modélisation (e.g. modélisation de dynamiques moléculaire et brownienne, modèles thermochimiques),
  • synthèse de minéraux argileux,
  • utilisation de systèmes modèles (naturels ou non)

en s’appuyant sur des compétences locales pour l’interprétation des signaux spectrométriques (notamment dans l’infrarouge) et diffractométriques, obtenus en laboratoire et sur grands instruments tels que SOLEIL, ILL et ESRF.

Axe 3 - Spatialisation et modélisation multi-échelles du transfert réactif

Les études de distribution et d’identification des phases réactives (axe 1) et de leurs propriétés réactionnelles (axe 2) doivent être complétées par une analyse fine de l’organisation des milieux poreux (grains et pores) ; l’ensemble de ces données constituant des informations indispensables pour le transfert d’échelle.

Les recherches de cet axe visent à développer :

  • des outils de cartographies minérale et porale des systèmes naturels à l’échelle de la lame mince (échelle mésoscopique)
  • des outils de modélisation numériques (e.g., modèles d’homogénéisation, modèles de volumes finis, modèles par approche inverse)

permettant le changement d’échelle des processus élémentaires qui s’opère aux interfaces solutions/minéraux vers les échelles d’espace d’intérêt (profil de sol, aquifère, roche altérée).

Membres


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