Modélisation de la propagation de fissure dans un puits d'injection de CO2

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation dont la mission est de développer des technologies performantes, économiques, propres et durables dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. 

IFPEN met à disposition de ses chercheurs un environnement de recherche stimulant, avec des équipements de laboratoire et des moyens de calcul très performants.

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.

Modélisation de la propagation de fissure dans un puits d’injection de CO2

Le stockage géologique du CO₂ est une solution privilégiée pour contrer les émissions de gaz à effet de serre car il offre des capacités de stockage bien supérieures à toute autre solution. Le CO₂ est injecté dans d’anciens réservoirs pétroliers ou des aquifères profondes, dont les caractéristiques géologiques font que le CO₂ y restera piégé. Il faut néanmoins s’assurer de l’étanchéité du stockage et IFPEN est un acteur important du domaine. Un point faible sont les puits donnant accès au stockage. Ils percent la roche couverture et il faut garantir leur étanchéité. L’intégrité des puits, constitués de tubages acier cimentés à la roche, reste un défi, notamment l’interface ciment-acier. Sous les effets de la pressurisation du réservoir et des cycles en pression et température dans le puits, dus aux cycles d’injection, cette interface peut se rompre.

L’objectif du stage est de développer un modèle éléments finis de puits, dans Abaqus, et de simuler la propagation d’une fissure à l’interface acier-ciment. Le ciment sera modélisé par un matériau poro-élastique, l’acier par un tube élastique et l’interface par un élément cohésif poreux. La fissure se propagera par pression de fluide en pointe de fissure, situation typiquement rencontrée dans les géo-réservoir.

Le stage constituera l’étude préliminaire d’une thèse démarrant en novembre 2026, collaboration entre IFPEN et le laboratoire Navier (Ecole des Ponts et Chaussées et Université Gustave Eiffel). Elle aura pour sujet le développement d’un modèle multiphysique de fissuration de l’interface acier-ciment en conditions fond de puits. Ce modèle couplera la propagation de fissure à l’altération géochimique du ciment et la corrosion du tubage acier par le CO₂. Alors que le stage se consacrera à la modélisation mécanique, la thèse couplera la propagation de fissure à l’altération géochimique des matériaux par le CO₂, en condition fond de puits. Si le stage avance bien, de premiers éléments de géochimie pourront être introduits dans le modèle dès le stage.

Le sujet conviendra à un(e) étudiant(e) intéressé(e) par la simulation numérique et ses problématiques (convergence, robustesse), la géomécanique et la géochimie, ce dernier aspect sera développé en thèse, enfin par l’ingénierie du sous-sol.

Profil requis et compétences recherchées :

BAC+5 (stage de 5-6 mois) – Profil ingénieur(e) mécanique des matériaux, idéalement intéressé(e) pour poursuivre en thèse, motivé(e) par la simulation numérique et les approches multiphysiques.

• Compétences en mécanique et sciences des matériaux, calculs par éléments finis, aptitude à analyser des résultats, synthétiser, rédiger et communiquer. Autonomie.

Le stage, tout comme la thèse, se dérouleront à IFP Energies nouvelles, Etablissement de Lyon, rond-point de l’échangeur de Solaize, BP3, 69360 Solaize (période : mars - août 2026). Une indemnité de 1 130 Euros bruts par mois sera versée au stagiaire.