Doctorat : processus redox dans les systèmes salins hydrothermaux pour la compréhension des mécanismes et des cinétiques de production d’hydrogène naturel. h/f

Parmi les processus géochimiques responsables de la production d’hydrogène naturel, la serpentinisation est une réaction chimique qui résulte de l'interaction, dans le sous-sol, entre une roche mantellique de type péridotite et une solution hydrothermale. L'hydratation des minéraux anhydres de la roche augmente la salinité de la solution interstitielle et s'accompagne d'une oxydation anoxique du fer ferreux constitutif de la roche par réduction de l'eau en dihydrogène.
Bien que les processus redox soient au cœur de la réaction de serpentinisation, ils restent mal décrits dans un contexte hydrothermal, c'est-à-dire dans des conditions de forte salinité, de l’ordre de plusieurs centaines de grammes par litre, de température avoisinant les 250°C et de pression supérieure à 100 bars. De plus, leur caractérisation expérimentale est un verrou scientifique et technique.
L'objectif principal du projet de thèse est de développer une méthodologie pour caractériser l'état redox et la dynamique des systèmes salins chauds, comme ceux rencontrés dans la partie occidentale de la structure pyrénéenne. Deux actions principales sont envisagées pour atteindre cet objectif :
1) Mise en œuvre et modélisation des processus d’interaction impliquant les couples redox Fe(III)/Fe(II) et H2O/H2 dans des saumures aqueuses synthétiques simplifiées qui imitent les saumures hydrothermales du bassin aquitain,

2) Application à des expériences de génération de H2 par serpentinisation de roche naturelle.
La mise en œuvre et la modélisation des processus d’interaction sera réalisée au BRGM qui dispose i) du matériel et de l'expertise nécessaires pour réaliser les expériences et assurer, par électrochimie, un suivi cinétique operando des réactions redox, et ii) des outils de modélisation géochimique et de l’expertise pour dimensionner les essais et interpréter les résultats obtenus. Pour ce faire, le BRGM dispose de réacteurs hydrothermaux équipés de sondes tout-solide robustes pour la mesure operando des paramètres physico-chimiques et de canules de prélèvement pour échantillonner les fluides, et le cas échéant, les solides pour des analyses chimiques (mesure de spéciation des éléments redox, caractérisation physico-chimiques des soldes par DRX et spectroscopie Raman). Le BRGM dispose aussi du code de calcul géochimique PhreeSCALE, développé en interne, pour décrire les propriétés chimiques des saumures et les équilibres minéraux-saumure jusqu'à des salinités élevées de plusieurs centaines de grammes par litre, et des températures et pressions représentatives des conditions hydrothermales.
La mise œuvre d’expériences à partir de roche naturelle sera réalisée à l'ISTO qui dispose de l’expertise nécessaire à la réalisation d’essais d’interactions eau-roche grâce à une gamme complète d'autoclaves et à la caractérisation physico-chimique des fluides et des solides. En particulier, l'ISTO possède deux autoclaves d'échantillonnage conçus pour faire réagir des fluides de haute salinité avec des roches pulvérulentes jusqu'à 350°C et 500 bars.


Contexte de travail

Ce poste est basé sur le campus Géoscience d’Orléans entre l’Institut des Sciences de la Terre d’Orléans (ISTO) et le Bureau de Recherches Minières et Géologiques (BRGM). L’ISTO est une unité mixte de recherche associant l’Université d’Orléans, le CNRS et le BRGM. Le BRGM est le service géologique national.
La thèse est le fruit d’un partenariat entre l’ISTO et le BRGM dans le cadre de l’action REDISH de l’axe 12 « Bassin Aquitain » du projet PEPR « Sous-sol, bien commun ». Les travaux de thèse incluent des essais en laboratoire et des développements théoriques.
Vous êtes titulaire d'un master ou d'un diplôme d’ingénieur avec une spécialisation en chimie et électrochimie expérimentale. Vous avez des connaissances théoriques en thermodynamique chimique et une expérience en modélisation numérique.
Pour postuler, joindre un CV, une lettre de motivation, une ou deux lettres de recommandation.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.