H2-Natif dans les systèmes ophiolitiques ultrabasiques et réservoirs : processus et cinétique des interactions eau-ophiolite-H2 dans les systèmes du Jurassique, Albanie // Natural H2 in Ultramafic Ophiolitic Systems: Processes and Kinetics of Water-Ophiol

Contexte scientifique: La serpentinisation des ophiolites génère naturellement de l'H2 sur Terre. Le processus est inhérent à l'hydratation des roches du manteau sur une large plage de température allant de 50 à 350°C. Les émanations naturelles d'H2 sont signalées à terre, entre autre dans d'anciennes roches océaniques présentes dans des complexes ophiolitiques comme au Sultanat d'Oman, aux Philippines et en Turquie. Ces fuites de gaz sont souvent associées à des sources ultrabasiques (pH 10-12) présentes dans de nombreux affleurements rocheux basiques-ultrabasiques. Les eaux ultrabasiques ont été interprétées comme des preuves de serpentinisation active. Dans les milieux ophiolitiques, on suppose généralement que cela se produit à des températures inférieures à 150 voir 100°C (Abrajano et al., 1988; Etiope et al., 2011). Le processus à l'origine de la production d'H2 est la réduction de l'eau et l'oxydation concomitante du fer ferreux (Fe2+) présent dans les minéraux ultramafiques (olivine et pyroxène) en fer ferrique (Fe3+) que l'on retrouve notamment dans la magnétite néoformée. Ces assemblages minéraux sont observés sur le terrain, où les péridotites sont largement serpentinisées, principalement le long des systèmes de fractures.
L'objet d'étude est le massif ophiolitique de Bulqizë, peu connu et peu étudié en relation avec la problématique de l'H2 natif. Il fait partie des ophiolites téthysiennes du système orogénique alpin qui se mettent en place le long d'une zone de suture curviligne délimitant une série de fragments continentaux dérivés du Gondwana (les Pouilles, Pelagonia, système complexe cristallin d'Anatolie centrale) et représentent les restes des bassins téthysiens marginaux qui ont évolué entre ces microcontinents. Le massif ophiolitique de Bulqizë s'étend sur une vaste superficie de 370 km2. Dans ce massif une mine d'exploitation des chromises sert de laboratoire souterrain pour étudier, la genèse, la migration et le piégeage de l'H2 natif. Le projet de thèse s'articule autour de 3 axes de recherche :
L'axe 1 concerne la cartographie dans l'espace et dans le temps des émanations d'H2 dans la mine de Bulqizë. Il s'agira de caractériser les chemins de migration d'H2 dans le massif. Dans la mine de Bulqizë, les émanations d'hydrogène ne sont observées que dans les niveaux profonds et semblent être corrélées à la présence d'une grande zone de faille.
L'axe 2 de recherche tentera de comprendre : i) les processus physico-chimiques de production d'hydrogène en relation avec les niveaux riches en fer dans le massif ophiolitique ultramafique ; ii) les cinétiques de production en fonction de la composition minéralogique de la roche et de la paragenèse ; iii) l'identification des transformations minérales en fonction du niveau d'altération des roches, pression et température, pH... ; iv) l'identification des catalyseurs et/ou inhibiteurs entrant en jeu.
L'analyse de la paragenèse pour séquencer dans le temps les différents processus d'altération des ophiolites par serpentinisation et la datation de ces différentes transformations diagenétiques en relation avec la genèse de l'H2 apportera un vrai plus sur la connaissance des processus de genèse de l'H2.
L'axe 3 a pour objectif de quantifier les propriétés pétrophysiques en relation avec les transformations minéralogiques lors de la genèse de l'H2. Il s'agit ici : i) de la caractérisation pétrophysique des roches ressources et « réservoirs »; ii) de comprendre les transformations minéralogiques de la roche mère et leurs impacts sur les propriétés de transport (surface réactive, porosité, perméabilité) pendant le processus de serpentinisation et de genèse de l'H2 ; iii) d'identifier les mécanismes de piégeage de l'hydrogène produit pendant le processus de serpentinisation.
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Scientific context: Serpentinization of ophiolites naturally generates H2 on Earth. The process is inherent to the hydration of mantle rocks over a wide temperature range from 50 to 350°C. Natural H2 emissions have been reported on land, including in ancient oceanic rocks found in ophiolite complexes such as those in the Sultanate of Oman, the Philippines, and Turkey. These gas leaks are often associated with ultrabasic springs (pH 10-12) present in many basic-ultrabasic rock outcrops. Ultrabasic waters have been interpreted as evidence of active serpentinization. In ophiolite environments, this is generally assumed to occur at temperatures below 150°C, or even 100°C (Abrajano et al., 1988; Etiope et al., 2011). The process underlying H2 production is the reduction of water and the concomitant oxidation of ferrous iron (Fe2+) present in ultramafic minerals (olivine and pyroxene) to ferric iron (Fe3+), which is found notably in newly formed magnetite. These mineral assemblages are observed in the field, where peridotites are extensively serpentinized, primarily along fracture systems.
The subject of this study is the Bulqizë ophiolite massif, little known and little studied in relation to the issue of native H2. It is one of the Tethyan ophiolites of the Alpine orogenic system, which were emplaced along a curvilinear suture zone delimiting a series of continental fragments derived from Gondwana (Apulia, Pelagonia, the complex crystalline system of Central Anatolia) and represent the remnants of marginal Tethyan basins that evolved between these microcontinents. The Bulqizë ophiolitic massif covers a vast area of ​​370 km². Within this massif, a chromis mine serves as an underground laboratory for studying the genesis, migration, and trapping of native H₂. The doctoral project is structured around three research areas.
Research axis 1 concerns the spatial and temporal mapping of H2 emissions in the Bulqizë mine. This will involve characterizing the H2 migration pathways within the massif. In the Bulqizë mine, hydrogen emissions are observed only in deep layers and appear to be correlated with the presence of a large fault zone.
Research axis 2 will attempt to understand: i) the physicochemical processes of hydrogen production in relation to iron-rich layers in the ultramafic ophiolitic massif; ii) the production kinetics as a function of the rock's mineralogical composition and paragenesis; iii) the identification of mineral transformations as a function of the rock's alteration level, pressure and temperature, pH, etc. iv) the identification of the catalysts and/or inhibitors involved.
Analyzing the paragenesis to sequence the different serpentinization alteration processes of ophiolites over time, and dating these various diagenetic transformations in relation to H2 genesis, will significantly enhance our understanding of H2 genesis processes.
Axis 3 aims to quantify the petrophysical properties related to mineralogical transformations during H2 genesis. This involves: i) the petrophysical characterization of resource and reservoir rocks; ii) understanding the mineralogical transformations of the source rock and their impact on transport properties (reactive surface area, porosity, permeability) during the serpentinization and H2 genesis processes; and iii) identifying the mechanisms for trapping hydrogen produced during the serpentinization process.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral Université de Bordeaux au mérite

Université de Bordeaux

304 Sciences et environnements

Il s'agit d'un profil de formation en géosciences avec de bonnes bases en physique et géochimie des gaz et des eaux appliquées au système réservoir. Des connaissances sur les interactions gaz-eau–roche , en géologie, en pétrophysique et en hydrogéologie seront nécessaires. La connaissance des méthodes analytiques serait un plus pour le déroulement de la thèse. Ce poste requière également des qualités de communication et d'ouverture d'esprit au travail dans une équipe pluridisciplinaire et d'une partie du travail à effectuer en Albanie. Le candidat devra travailler en collaboration avec les différents partenaires du projet.
This position requires a background in geosciences with a strong foundation in the physics and geochemistry of gases and waters applied to reservoir systems. Knowledge of gas-water-rock interactions, geology, petrophysics, and hydrogeology is essential. Familiarity with analytical methods would be an asset for the PhD. The position also demands strong communication skills and an open mind for working within a multidisciplinary team, with some work to be carried out in Albania. The candidate will be expected to collaborate with the various project partners.