Compréhension des mécanismes d`interaction fluide

Compréhension des mécanismes d’interaction fluide-roche par analyse et modélisation
du fractionnement isotopique des carbonates
Le Centre de Géosciences a développé en 2012 deux moyens complémentaires pour la
compréhension fine des mécanismes d’évolution des roches.
- Analytique : le Centre dispose depuis plusieurs années de moyens d’analyse des eaux
et des roches. Ces moyens viennent d’être complétés par un outil d’analyse isotopique des
échantillons eau/roche. Ce spectromètre de masse en mode « Dual Inlet » permet l’analyse des
isotopes du carbone et de l’oxygène à très haute précision, ce qui est nécessaire pour pouvoir
comprendre les variations des taux isotopiques dans les roches naturelles carbonatées et les
eaux interstitielles.
- Numérique : un module « fractionnement isotopique » a été développé dans le code
de transport réactif HYTEC. Il permet de prendre en compte le fractionnement isotopique qui
se produit au cours des réactions d’interaction eau-roche, le tout couplé avec
l’hydrodynamisme.
Le projet propose d’associer des compétences en géologie de terrain, analyse technique,
géochimie et modélisation numérique sur une application réelle : l’étude des mécanismes de
fractionnement isotopique du carbone et les interactions eaux-roche.
Contexte scientifique
Les roches carbonatées, qu’elles soient marines ou lacustres, se composent au départ
d’environ 70% d’eau et 30% de matière. Au cours de leur enfouissement (dans un schéma
simple), dans un premier temps cette eau est expulsée puis une cimentation se produit
(processus de dissolution/recristallisation assistée par les fluides présents dans le système).
Les fluides interstitiels, présents tout au long de ce processus, peuvent provenir de sources
aux signatures isotopiques différenciées. Ces sources peuvent être externes (circulations
météoritiques ou profondes) ou provenir de l’encaissant. Identifier ces sources grâce à leur
signature isotopique est donc un point fondamental à la compréhension et à la modélisation
des interactions fluide/roche.
Les outils de transport réactif permettent de coupler les réactions chimiques et les processus
hydrodynamiques. Bien que d’une diffusion encore limitée, ces outils ont fait la
démonstration de leur utilité à la fois pour aider à comprendre et quantifier des observations
(mécanismes d’atténuation naturelle, interaction entre matériaux) et de prévision
(comportement long terme de barrières de stockages, étude d’impact environnemental). En
revanche, la possibilité de décrire les isotopes des carbonates et la manière dont ces réactions
peuvent modifier leurs teneurs locales est extrêmement novatrice.
Le projet propose d’utiliser et de mettre en commun ces outils pour caractériser et, si possible,
quantifier l’interaction fluide/roche, lors des processus diagénétiques. Il s’agira, dans un
premier temps, de développer un ou plusieurs modèle(s) conceptuel(s) compatible avec les
résultats d’analyses pratiquées. Ces différents scénarii seront ensuite testés avec le logiciel
HYTEC.
L’étude se focalisera sur un massif marno-calcaire fracturé de l’Apto-Albien. Afin d’accéder
au signal isotopique primaire des fluides environnants, une analyse sera pratiquée sur les tests
de foraminifères en présence. Elle devrait permettre de caractériser les conditions initiales du
modèle. Il conviendra ensuite d’approcher les signaux diagénétique et structural par l’étude

des recristallisations calcitiques respectivement dans les ciments de la roche encaissante et
dans les fractures (failles et veines).
Profil du candidat
Le ou la candidat(e) devra avoir un profil d’isotopiste ou de géochimiste des carbonates.
La personne devra avoir une bonne compréhension des processus sédimentaires d’un système
carbonaté et de son fractionnement isotopique pour pouvoir développer les applications en
collaboration avec la personne en charge du modèle numérique HYTEC. Un savoir-faire de
géologue de terrain et sur les analyses des isotopes stables en laboratoire est fortement
souhaitable.
Le candidat devrait être dynamique et maîtriser l’anglais. La capacité à travailler en équipe
sera nécessaire, le projet étant un projet inter-équipe entre l’équipe Géologie (Géol) et
l’équipe Hydrodynamique et Réaction (HR) du Centre des Géosciences de Mines ParisTech
situé à Fontainebleau.
Il s’agit d’un CDD de 6 mois, début du contrat souhaité : à partir du 1er avril 2013,
rémunération en fonction du profil du candidat.
Contacts :
- Caroline de Dieuleveult- équipe HR- (caroline.de_dieuleveul[email protected])
- Christine Franke - équipe Géol. -([e-mail]).
Modèle
Numérique
Laboratoire
Scénarios
expliquant les
variations
isotopiques
Validation
ou non
des scénarios
Meilleurs
compréhensions
des processus
Résultats
d’analyse