Modélisation numérique de la formation des massifs et de l'hydrogène naturel

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Modélisation numérique de la formation des massifs et de l'hydrogène naturel 

L’écoulement des eaux souterraines profondes à travers les roches mafiques et ultramafiques génère de l’hydrogène, un sous-produit des réactions minérales. Dans les chaînes de montagnes, les roches ultramafiques profondes sont exposées à faible profondeur, ce qui crée un potentiel d’infiltration significative d’hydrogène dans les systèmes aquifères montagneux.

La perspective d’une source naturelle d’hydrogène dans les Alpes et les Pyrénées a attiré l’attention de diverses start-ups du secteur de l’énergie et suscite un intérêt croissant. Pour mieux comprendre ce système géologique en évolution, il est nécessaire d’intégrer des modèles tectoniques à grande échelle avec la circulation locale des eaux souterraines. Dans le cadre de ce stage, nous chercherons à tester la faisabilité d’une telle approche.

L’objectif sera d’étudier comment transférer les informations relatives aux propriétés des roches et à la déformation structurelle à l’échelle lithosphérique vers les propriétés locales régissant la percolation de l’eau à travers le substrat rocheux fracturé en profondeur.

Représenter précisément les chemins d’écoulement des fluides dans les environnements géologiques complexes est essentiel pour modéliser la génération d’hydrogène. Simuler l’écoulement des fluides le long de chemins préférentiels, comme les failles, tout en tenant compte de l’évolution géologique et de la déformation du système au fil du temps, nécessite l’utilisation de maillages non structurés pour capturer correctement les géométries complexes de ces formations géologiques.

Nous explorerons ici comment générer au mieux un maillage non structuré représentant une structure géologique fortement déformée au fil du temps. Ce maillage non structuré sera lisible par le calculateur Arctem intégré dans le cadre de modélisation de bassins TemisFlow. L’utilisation d’Arctem ouvre la possibilité de tester des simulations couplées, incluant l’écoulement des fluides le long des failles, la pression des pores et le transport de chaleur, tout en intégrant des capacités de transport réactif.

Programme du stage

• À l’aide du code open source développé par Kenni Dinsen Petersen et John Armitage (Armitage et al., 2018 ; MESS https://github.com/johnjarmitage/MESS), réaliser des simulations en 2D de l’orogenèse en suivant les configurations utilisées pour modéliser la formation d’un bassin océanique et son inversion en un système montagneux (par exemple, Zwann et al., 2025).
  • L’objectif est de générer un bassin océanique, puis de provoquer la fermeture de ce bassin et le développement d’un système montagneux.
  • Les propriétés des matériaux sont suivies à l’aide de marqueurs, et le taux de déformation évolutif permettra de localiser les zones de cisaillement pouvant être interprétées comme des failles.
• Extraire une zone d’intérêt et explorer des méthodes pour mailler le domaine du modèle au cours du temps en vue de son intégration dans TemisFlow (modélisation de bassin).
  • Les surfaces doivent être extraites du domaine du modèle 2D et intégrées dans TemisFlow. Le projet explorera d’abord la meilleure manière d’extraire ces surfaces et de définir les surfaces de faille à partir des matériaux suivis ainsi que des contraintes et déformations suivies.
  • Par la suite, nous explorerons le potentiel du logiciel interne KronosFlow pour intégrer ces contours, par rapport à des outils de maillage open source, afin de créer des entrées de maillage adaptées à TemisFlow et à son calculateur non structuré Arctem.

Profil recherché

Étudiant en master de sciences de la Terre, géologie, géophysique, géoressources, ou en master de mathématiques appliquées.

References :

Armitage, J. J., Petersen, K. D., & Pérez‐Gussinyé, M. (2018). The role of crustal strength in controlling magmatism and melt chemistry during rifting and breakup. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 19(2), 534-550.

Zwaan, F., Brune, S., Glerum, A. C., Vasey, D. A., Naliboff, J. B., Manatschal, G., & Gaucher, E. C. (2025). Rift-inversion orogens are potential hot spots for natural H2 generation. Science Advances, 11(8), eadr3418.