Hydrogels pour le développement de la géothermie profonde et de la production de lithium dans les réservoirs hétérogènes

De plus en plus de doublets géothermiques exploitent des réservoirs profonds fracturés ou hétérogènes, où la production de chaleur est souvent combinée à l'extraction de lithium. Leur viabilité économique à long terme peut être compromise par la formation de courts-circuits hydrauliques entre les puits injecteurs et producteurs (*1,*2). Une solution de remédiation, inspirée des techniques de Conformance Control (*3,*4) de l'industrie pétrolière, consiste à utiliser des hydrogels pour colmater les chemins d'écoulement préférentiels. Les gels doivent cependant être adaptés aux défis de la géothermie profonde : températures élevées (>100 °C) et conditions opérationnelles spécifiques (circulation contrôlée d'eau depuis la surface). La thèse vise à approfondir la compréhension des mécanismes gouvernant la cinétique de formation des gels, leurs propriétés mécaniques et leur vieillissement lorsqu'ils sont soumis à des déformations complexes en milieu confiné et en conditions de haute température et haute pression (HP/HT). L’objectif final est de développer des systèmes industriels adaptés à la géothermie et à la production de lithium, capables de colmater les zones cibles en profondeur dans les réservoirs tout en restant sûrs pour le procédé et pour les infrastructures. Les expérimentations incluront des études de rhéologie, d’analyses structurelles par diffusion de rayonnement sous pression sur grand instrument, des tests de stabilité longue durée et des essais d'injection sur des carottes fracturées sur une installation "coreflood" HP/HT dédiée. Les résultats permettront de relier caractéristiques chimiques, propriétés des roches et conditions d'injection aux performances des gels.
À l’intersection de la matière molle, des fluides complexes en milieu poreux et des sciences du sous-sol, cette recherche aborde des questions inédites sur les gels en conditions extrêmes. Le ou la candidat·e pourra avoir une formation initiale dans l’un de ces champs disciplinaires et acquerra, durant la thèse, des compétences dans les autres domaines ainsi qu'une expertise scientifique et expérimentale dans toutes les techniques utilisées. De plus, via notamment les partenariats d'IFP Energies nouvelles, il ou elle développera une solide connaissance de l'écosystème industriel de la géothermie et de la production de lithium, qui connait un développement rapide. Les publications et communications issues de la thèse lui assureront enfin une excellente visibilité à la fois dans le monde académique et dans le monde industriel.
 

*1: https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2021.102094 
*2: https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2007.11.002 
*3: https://doi.org/10.3390/gels8060386 
*4: https://doi.org/10.2118/229517-MS 

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Qualifications    Master en Physique ou Physico-Chimie
Connaissances linguistiques    Anglais niveau B2 (CECR)    
Autres qualifications    Goût pour l'expérimentation, connaissances en physico-chimie des matériaux et, si possible, en géosciences.