Modélisation de l'évolution des propriétés géomécaniques d'une roche carbonatée sous l'effet de l'injection d'un fluide acide // Modeling the evolution of the geomechanical properties of carbonate rocks subjected to acid fluid injection

L'atteinte des objectifs de neutralité carbone en 2050 nécessite de développer des capacités importantes de stockage géologique de CO2. Les capacités à l'échelle mondiale n'étant pas illimitée, les aquifères salins carbonatés, plus réactifs vis-à-vis du CO2, devront être considérés comme sites potentiels d'injection. Des simulations couplées thermo-hydro-mécaniques et chimiques à grande échelle seront indispensables pour entériner la viabilité d'un site de stockage. Le couplage entre un logiciel de transport réactif et un logiciel de géomécanique est aujourd'hui réalisable, mais il manque encore des lois adaptées pour décrire l'évolution des propriétés hydromécaniques des différentes formations rocheuses sous l'effet de l'altération chimique. Cette thèse propose de s'attaquer à cet enjeu via une approche intégrée de caractérisation expérimentale et de modélisation des réponses observées visant à définir des lois d'évolution des modules élastiques et de la résistance à la rupture de roches carbonatées exposée à un fluide acide.
Les roches carbonatées sont caractérisées par une microstructure complexe incluant différentes échelles de porosité. Selon les roches étudiées et les conditions d'écoulement réactif appliquées, les figures de dissolution générées peuvent se révéler fortement hétérogènes. Les approches expérimentales intégrant des mesures des propriétés mécaniques restent relativement rares et les données sont souvent interprétée avec une approche de type milieu continu qui présuppose une dissolution homogène. L'approche originale proposée ici est de combiner : (i) un workflow de caractérisation expérimentale avancée intégrant trois étapes, altération contrôlée d'échantillons de carbonate, imagerie des profils de dissolution induits et caractérisation géomécanique, et (ii) deux approches de modélisation distinctes permettant d'interpréter la réponse géomécanique des échantillons altérés selon que le profil de dissolution est homogène ou localisé
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Achieving carbon neutrality targets by 2050 requires the development of significant CO2 geological storage capacities. As global capacity is not unlimited, carbonate saline aquifers, more reactive to CO2, will have to be considered as potential injection sites. Large-scale coupled thermo-hydro-mechanical and chemical simulations will be essential to confirm the viability of a storage site. The coupling of reactive transport software with geomechanical software is now feasible, but there is still a lack of appropriate laws to describe the evolution of the hydromechanical properties of the different rock formations under the effect of chemical alteration. This PhD proposes to address this issue through an integrated approach combining experimental characterization and modeling of the observed responses, with the aim of defining laws governing the evolution of the elastic moduli and failure strength of carbonate rocks exposed to acid fluids.
Carbonate rocks are characterized by a complex microstructure including different scales of porosity. Depending on the rocks studied and the reactive flow conditions applied, the dissolution patterns generated can be highly heterogeneous. Experimental approaches incorporating measurements of mechanical properties remain relatively rare, and data are often interpreted using a continuous medium approach that presupposes homogeneous dissolution. The original approach proposed here combines: (i) an advanced three-step experimental characterization workflow, including controlled alteration of carbonate samples, imaging of the induced dissolution profiles, and geomechanical characterization; and (ii) two distinct modeling approaches to interpret the geomechanical response of the altered samples depending on whether the dissolution profile is homogeneous or localized
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Début de la thèse : 03/11/2026

Financement d'un établissement public Français

Ecole normale supérieure - PSL

398 Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement

Goût pour les approches expérimentales et théoriques, connaissances en mécanique des roches et en modélisation par éléments finis Pour postuler, merci d'envoyer votre lettre de motivation et votre CV à l'encadrant IFPEN : elisabeth.bemer@ifpen.fr
Interest in experimental and theoretical approaches, knowledge of rock mechanics and finite element modelling To apply, please send your cover letter and CV to the IFPEN supervisor : elisabeth.bemer@ifpen.fr