Développement d'un prototype de simulateur numérique pour la prise en compte des réactions microbiennes dans les stockages géologiques de gaz

Réf. PB/AE/sl - R1640 - 2017/05

Stage - Géologie / Géochimie

Localisation : Hauts-de-Seine

Début : entre février et mars 2018
Durée : 6 mois
Indem. : à définir

IFP Energies nouvelles - Direction Géosciences

IFP Energies nouvelles est un organisme public de recherche, d’innovation industrielle et de formation intervenant dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Sa mission est d'apporter aux acteurs publics et à l'industrie des technologies performantes, économiques, propres et durables pour relever les trois grands défis sociétaux du 21e siècle : changement climatique et impacts environnementaux, diversification énergétique et gestion des ressources en eau. Son expertise est internationalement reconnue.

IFP Energies nouvelles poursuit 5 priorités stratégiques, indissociables et complémentaires dans l'accomplissement de sa mission d’intérêt général :

  • Produire à partir de sources renouvelables des carburants, des intermédiaires chimiques et de l'énergie
  • Produire de l’énergie en réduisant l’impact sur l’environnement
  • Développer des transports économes et à faible impact environnemental
  • Produire à partir de ressources fossiles des carburants et intermédiaires chimiques à faible impact environnemental
  • Proposer des technologies respectueuses de l'environnement et repousser les limites actuelles des réserves d'hydrocarbures

Son école d'ingénieurs, partie intégrante d'IFP Energies nouvelles, prépare les générations futures à relever ces défis.

Développement d’un prototype de simulateur numérique pour la prise en compte des réactions microbiennes dans les stockages géologiques de gaz

Programme de stage :

L’addition d’hydrogène (H2) dans les stockages géologiques de gaz est une solution sérieusement envisagée pour accompagner la transition énergétique et l’utilisation croissante des énergies renouvelables. Le comportement de cette molécule dans le sous-sol est cependant très différent de celui du gaz naturel, et son injection en milieu poreux demande donc de relever de nouveaux défis. En particulier, H2 est un donneur d’électrons capable d’alimenter le métabolisme de nombreux micro-organismes vivant dans les formations poreuses du sous-sol. Les réactions microbiennes, susceptibles par exemple d’engendrer d’importants changements de composition des mélanges injectés (voir le cas de Lobodice, République tchèque ; Smigan et al., 1990) ou d’entraîner la formation d’H2S, composé toxique et corrosif (Kleinitz et Böhling, 2005), sont ainsi un des risques souterrains majeurs à maîtriser pour atteindre un développement industriel de cette technologie.   

L’objectif du stage proposé est le développement d’un prototype de simulateur numérique permettant de modéliser le comportement géochimique d’un stockage de gaz en présence d’une ou plusieurs populations microbiennes. Le problème sera simplifié pour ne considérer que l’aspect réactif ; le transport des différentes espèces sera donc négligé. Le travail de l’étudiant(e) recruté(e) consistera à intégrer dans un code MATLAB les formalismes mathématiques classiquement utilisés pour décrire la dynamique d’une population microbienne et des composants du stockage, et à tester et valider le prototype réalisé sur des exemples de la littérature (e.g. Jin et Bethke, 2009 ; Hagemann et al., 2016 ; Panfilov et al., 2016). 

Ce stage présente une forte composante pluridisciplinaire, et le candidat recruté devra être capable d’appréhender des problèmes couplés et faire preuve de curiosité scientifique. Des experts d’IFPEN en simulation des problèmes réactifs, simulation de réservoir et mathématiques appliquées participeront à l’encadrement de ce projet.     

Références bibliographiques :

Smigan, P., Greksak, M., Kozankova, J., Buzek, F., Onderka, V., and Wolf, I.: Methanogenic bacteria as a key factor involved in changes of town gas stored in an underground reservoir, FEMS Microbiology Letters, 1990.

Kleinitz, W. and Böhling, E.: Underground Gas Storage in Porous Media - Operating Experience with Bacteria on Gas Quality, SPE 94248, 2005.

Jin, Q. and Bethke, C.M.: Cellular energy conservation and the rate of microbial sulfate reduction, Geology, 37, 1027-1030, 2009.

Hagemann, B., Rasoulzadeh, M., Panfilov, M., Ganzer, L., and Reitenbach, V.: Hydrogenization of underground storage of natural gas, Computational Geosciences, 20, 595–606, 2016.

Panfilov, M., Reitenbach, V., and Ganzer, L.: Self-organization and shock waves in underground methanation reactors and hydrogen storages, Environmental Earth Sciences, 75, 2016.

Connaissances exigées :

Géochimie et thermochimie ; simulation de réservoir ; bases en programmation.

  • Des notions en langage MATLAB sont un plus.

DépartementGéothermohydromécanique (R164)
Projet de rattachement
 :
MMB20 

Encadrants : Pierre Bachaud / Audrey Estublier

Contact

IFP Energies nouvelles - Direction Géosciences
Sylvie LOUIS
1&4, avenue de Bois-Preau
92852 Rueil-Malmaison cedex
Logo IFP Energies nouvelles - Direction Géosciences

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