Thèse Analyse des Microstructures des Granites Micaschistes et Roches Volcaniques de Réservoir en Fonction de l'Altération et de la Déformation H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Picardie - Jules Verne École doctorale : Sciences, Technologie, Santé Laboratoire de recherche : GeNuMer - Géosciences, Numérique, Energies Direction de la thèse : Ghislain TRULLENQUE ORCID 0000000194830862 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-10-05T23:59:59 Les réservoirs géothermiques sont des systèmes complexes dont les propriétés hydrauliques et pétrophysiques évoluent sous l'effet conjoint de la circulation des fluides, de l'altération hydrothermale et de la déformation. Ces processus modifient la minéralogie, la microstructure, la porosité et la connectivité des réseaux de fractures et contrôlent ainsi les propriétés de transport des roches et la circulation des fluides géothermaux. Leur compréhension est essentielle pour mieux caractériser les réservoirs, prévoir leur évolution au cours de l'exploitation et évaluer leur potentiel pour l'extraction durable de ressources multiples présentes dans les saumures géothermales.

Cette thèse, réalisée dans le cadre du réseau doctoral européen MSCA MiningBrines, vise à caractériser l'évolution microstructurale et texturale de roches représentatives de différents réservoirs géothermiques, notamment des granites, des micaschistes et des roches volcaniques, en fonction de leur degré d'altération et de déformation. Une attention particulière sera portée à la caractérisation minéralogique des phases néoformées dans les zones d'altération et de cisaillement naturelles et expérimentales, ainsi qu'à l'influence de leur organisation cristallographique sur l'anisotropie des propriétés des roches.

Une approche multi-échelle combinant microscopie électronique à balayage, EBSD, microscopie électronique en transmission et techniques synchrotron sera mise en oeuvre afin de quantifier les relations entre minéralogie, microstructures, textures cristallographiques, porosité et déformation. L'utilisation de techniques synchrotron à haute résolution permettra notamment d'étudier la distribution des pores et des fractures ainsi que la formation de nouvelles phases minérales.

Les données expérimentales et microstructurales obtenues seront ensuite utilisées pour contraindre des modèles permettant d'estimer l'évolution des propriétés pétrophysiques des roches. La finalité est de relier les transformations observées à l'échelle microscopique aux propriétés hydrauliques et pétrophysiques pertinentes à l'échelle du réservoir. Ce travail contribuera ainsi au développement d'approches multi-échelles permettant une meilleure caractérisation et une exploitation plus durable des réservoirs géothermiques multi-ressources. Les réservoirs géothermiques sont des systèmes dynamiques dans lesquels circulations de fluides, réactions fluide-roche et déformation interagissent à différentes échelles. L'altération hydrothermale peut entraîner dissolution, précipitation et recristallisation de phases minérales et modifier en conséquence la géométrie et la connectivité du réseau poreux. Parallèlement, la déformation peut générer ou réactiver des fractures, favoriser la localisation de la circulation des fluides et modifier fortement les propriétés hydrauliques et mécaniques du réservoir. Ces phénomènes sont donc étroitement couplés.

L'un des enjeux actuels est de comprendre comment les transformations observées à l'échelle des minéraux et des microstructures se traduisent par des modifications des propriétés pétrophysiques à plus grande échelle. Cette problématique est particulièrement importante pour prévoir l'évolution des réservoirs géothermiques au cours de leur exploitation.

Cette thèse s'inscrit dans le projet européen MSCA Doctoral Network MiningBrines, qui développe une approche intégrée de la valorisation des saumures géothermales pour la production d'énergie et la récupération de ressources minérales critiques. Elle appartient au WP5, consacré aux méthodologies multi-échelles de quantification des propriétés des roches réservoirs. Le projet DC14 apportera la composante minéralogique, microstructurale et texturale nécessaire à la compréhension et à la modélisation de l'évolution de ces propriétés. L'objectif principal de cette thèse est de déterminer comment les interactions entre déformation et altération hydrothermale contrôlent l'évolution des microstructures, des textures cristallographiques, de la porosité et, plus largement, des propriétés pétrophysiques des roches réservoirs géothermiques. Le travail visera à caractériser les phases minérales néoformées et leur organisation au sein de zones altérées et déformées, puis à établir les relations entre ces transformations microstructurales et l'évolution de l'anisotropie et des propriétés de transport des roches. Les observations et mesures réalisées seront finalement utilisées pour contraindre des modèles pétrophysiques permettant de contribuer au changement d'échelle, depuis la microstructure jusqu'au comportement du réservoir. La méthodologie reposera sur une approche comparative et multi-échelle appliquée à des granites, micaschistes et roches volcaniques présentant différents degrés d'altération et de déformation. Des échantillons naturels seront comparés, lorsque cela est pertinent, à des échantillons issus des expérimentations réalisées dans les autres projets du réseau MiningBrines.

Une caractérisation pétrographique et minéralogique permettra tout d'abord d'identifier les assemblages primaires et les phases néoformées associées aux circulations hydrothermales et à la déformation. L'analyse des microstructures et microtextures reposera ensuite sur une combinaison de microscopie électronique à balayage (SEM), d'EBSD (Electron Backscatter Diffraction) et de microscopie électronique en transmission (TEM). L'EBSD permettra notamment de caractériser les orientations cristallographiques préférentielles et leur évolution dans les zones altérées et déformées.

Ces analyses seront complétées par des investigations synchrotron à DESY afin de caractériser à haute résolution la distribution de la porosité, les microstructures et les phases néoformées. Les résultats seront intégrés dans une démarche quantitative visant à établir les relations entre composition minéralogique, microstructure, texture, altération, déformation et propriétés pétrophysiques.

Enfin, ces données serviront à contraindre des modèles pétrophysiques et des approches de modélisation inverse. Les travaux réalisés lors des mobilités à l'INGV et au PSI permettront respectivement d'approfondir la modélisation des propriétés pétrophysiques et les relations avec les processus réactifs à l'échelle des pores.