Etude expérimentale microfluidique des mécanismes physiques et chimiques liés au liés au stockage du CO2 dans les aquifères salins profonds

par Rabie Ferhat Hamida

Projet de thèse en Physico-Chimie de la Matière Condensée

Sous la direction de Samuel Marre.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Chimiques , en partenariat avec ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (laboratoire) et de Fluides Supercritiques (equipe de recherche) depuis le 30-04-2019 .


  • Résumé

    L'utilisation du sous-sol géologique, soit pour extraire des ressources naturelles (eau, chaleur, substances minérales, etc.) ou pour injecter / stocker des composes indésirables (effluents industriels, saumures, déchets radioactifs, CO2, etc.) nécessite le control des procédés de transport réactifs dans les milieux géologiques poreux et fractures à différentes échelles de temps de d'espace. Néanmoins, à l'heure actuelle, très peu de connaissance sont disponibles concernant la compréhension des mécanismes physico-chimiques et cinétiques à l'origine des transferts de matière entre les phases en présence (minéraux-eau-gaz). En effet, plusieurs questions scientifiques et certains leviers limitent encore l'exploitation des faibles connaissances actuelles et ne permettent pas la généralisation des approches théoriques qui pourraient permettre de modéliser le futur de ces systèmes souterrains subissant l'exploitation humaine. Cette thèse a pour objectif d'étudier à l'échelle du pore les procédés de précipitation et de dissolution des carbonates, des aluminosilicates et des hydroxydes métalliques, qui sont deux éléments très importants déterminant la réactivité chimique et le future des systèmes hydrogéologiques. En particulier, il s'agira de déterminer l'influence de facteurs comme le pH (entre 5 et 10), la température (entre 25 et 100°C) et la concentration en alcalino-terreux (Ca, Mg) sur le niveau de réactivité chimique. Dans cet objectif, nous utiliserons les récents développements instrumentaux que sont les laboratoires géologiques sur puce auxquels seront intégrés plusieurs techniques de caractérisation in situ. Ces nouveaux outils doivent permettre d'améliorer la compréhension des mécanismes réactifs à des échelles plus petites et plus fines que les techniques classiquement utilisées (colonnes réactives, matériaux broyés dans des réacteurs batch, etc.). Un couplage de ces approches expérimentales avec la modélisation numérique à l'échelle des laboratoires géologique sur puce offrira la possibilité de classifier les processus mis en jeu et de capitaliser les résultats sous la forme de paramètre cinétiques et de données thermodynamiques intégrable dans les modèles de transport réactifs.

  • Titre traduit

    Investigations of reactive transport processes using geological labs on chip applied to the use of geological underground


  • Résumé

    The use of the geologic underground, either to extract natural resources (water, heat, gases, useful mineral substances, etc.) or to inject / store resources (water, heat, hydrocarbons) or undesirable compounds (industrial waters and brines, radioactive waste, acid gases, CO2, etc.) requires the control of reactive transport processes in porous and fractured geological media in various scales of time and space. However, to date, little is known and control concerning the understanding of the physicochemical and kinetic mechanisms at the interfaces at the origin of the mass transfers between phases (minerals - water – gas). Indeed, several key questions and scientific lock limit the exploitation of the current, relatively inconsistent and rather scattered knowledge, and prevent from any generalization of the available theoretical approaches to be able to model the future of these systems under influence of the human intrusions. The proposed PhD thesis aims at studying at the pore scale the processes of carbonates and alumino-silicates and metal hydroxides precipitation and dissolution, which are two crucial elements determining the geochemical reactivity and the future of the hydrogeological systems. In particular, it will consist in determining the role of factors such as pH (between 5 and 10), temperature (between 25 and 100°C) and alkaline earthy concentrations (Ca, Mg) over the level of the reactive kinetics. In this purpose, the candidate will lean on the recent progress of the nano-microfluidic based on the use of the experimental devices called GLoCs (Geological Labs on Chip)implemented with in situ and continuous analytical techniques. These new tools allow understanding the reactive mechanisms in a much finer and controlled scales than the usual techniques (reactive columns/plugs in open systems or rocks honorable or crushed in batch). A coupling of the experimental approach with numerical modelling at the GLoC scale will offer the possibility of ranking the involved key processes and of capitalizing the results in the form of kinetic parameters and the thermodynamic data integrable in the reactive transport models.