Milieux Poreux

Nos recherches sur les Milieux Poreux

Dernières actus

Février 2020 : Le projet Partenariat Hubert Curien de Sophie Roman en collaboration avec l'IEK-6 Forschungzentrum Jülich est renouvelé sur l'appel PROCOPE 2019.

Janvier 2020 : Les projets INSU TELLUS SYSTER Friction (Céline Mallet) et CESSUR Capfrac (Christophe Tournassat) sont financés.

Septembre 2019 : Céline Mallet (Maître de conférence, U. Orléans) et Cyprien Soulaine (CNRS) rejoignent le groupe.

Juillet 2019 : Le projet ANR JCJC FRAMATI de Cyprien Soulaine est financé par l'ANR.

Résumé de nos activités

gp-poreux-activites

International Working Group on Reactive Transport

Les transferts de chaleur et de matière sont au cœur de toutes les problématiques abordées en sciences de la Terre. La compréhension et la prédiction des dynamiques des systèmes géologiques de surface et sub-surface, façonnés par les interactions entre la géosphère, l’hydrosphère et la biosphère, nécessitent une intégration raisonnée de multiples processus physiques, chimiques et biologiques qui peuvent s’influencer mutuellement. Pour cela, le développement d'approches de modélisation s’est peu à peu imposé comme le moyen principal permettant de réaliser la jonction entre les connaissances acquises sur les processus fondamentaux pris individuellement, et les prédictions réalisées sur des systèmes complexes, à l’image de ceux étudiés en sciences de l’environnement.

Les défis scientifiques associés à ces approches demeurent nombreux du fait de problématiques de changements d’échelles, de discontinuités des conditions physico-chimiques et de couplages entre processus thermiques, hydrologiques, chimiques, mécaniques et biologiques dont les pas de temps d’intégration peuvent être différents. C’est à l’échelle des pores que ces couplages prennent toute leur signification.

Le GP Milieux poreux a pour ambition de développer des approches prédictives de modélisation transport-réactif sur une large gamme de pressions, températures, et salinité afin de couvrir les conditions supergènes à hydrothermales, en présence de solution diluées comme de saumures de sels ultra-solubles.

Pour atteindre cet objectif, l'équipe explore les couplages mécanistes (chimie-mécanique, température-transport-chimie, porosité/perméabilité-transport, porosité-réactivité), en modélisation expérimentale et numérique. Ces approches sont déclinées des propriétés fondamentales des surfaces et des interfaces aux processus prenant place à l'échelle des pores. Les modèles numériques sont utilisés pour explorer les effets de ces mécanismes élémentaires et comme outil de transfert d’échelle pour interpréter les mesures intégratrices de terrain.

Juillet 2020

Cyprien Soulaine prend la tête du groupe Milieux Poreux

> Mars 2020: le travail et les échanges d'idées continuent

Séminaires Web IstoPore

26 Mars : Mahdi Mansouri ,“Insights on transform of capillary to viscous flow regime."

01 Avril : Céline Mallet, "CARES: Crack ChAracterization in REservoir conditions for Sustainable development."

08 Avril : Cyprien Soulaine , "Simulation techniques to model flow and transport at the pore-scale."

15 Avril : Sophie Roman, "Microfluidic flow-through reactor and 3D Raman imaging for in situ assessment of mineral reactivity in porous and fractured porous media."

29 Avril : Christophe Tournassat, "Modeling Coupled and Multiscale Processes at the Continuum Scale (a Geochemist’s approach)."

06 Mai : Florian Osselin, "Experimental investigation of the dissolution of fractures: from early stage instability to phase diagram."

13 Mai : Armin Mozhdehei, "Evaluation of Interface Role on Water-Rock Interaction."

27 Mai : Philippe Leroy, "Electrical self-potential and complex conductivity methods: a non-intrusive way to probe in real-time the petrophysical and interfacial properties of porous media. Application for monitoring precipitating calcite crystals on the surface of glass beads at the laboratory."

Mars 2020

Malika Belmokthar, étudiante en M2 à l'ENSG à Nancy, rejoint le groupe pour une durée de 6 mois. Son stage porte sur le "Montage d'un laboratoire pour la caractérisation géophysique et géomécanique des roches carbonatées fissurées". Son stage se situe dans le cadre du projet O-ZNS. Elle travaille essentiellement pour laboratoire de physique des sols à la mise en place de nouveaux équipement sismique et électriques qui lui permettront d?imager la fissuration des carbonates de l'O-ZNS. Bienvenue Malika !

Valentin Pluvy (Master Géochimie et Géomatique de l’Environnement, OSUC) rejoint le groupe de février à fin juin 2020, il travaille sur l’analyse des données issues d’expériences de dissolution/précipitation en milieux poreux synthétiques, en collaboration avec l'IEK-6 Forschungzentrum Jülich (projet PROCOPE 2019). Bienvenue Valentin !

Joran Alves (Master Géochimie et Géomatique de l’Environnement, OSUC) rejoint le groupe en avril et mai 2020, il travaillera sur la mesure des pertes de charges dans des milieux poreux synthétiques (micromodèles).Bienvenue Joran !

4 Mars 2020

Séminaire IstoPore de Clara Jodry : Development of hydrogeophysical methods for the characterization and monitoring of the vadose zone.

Février 2020

Notre projet Partenariat Hubert Curien en collaboration avec IEK-6 Forschungzentrum Jülich est renouvelé sur l'appel Procope 2019 (PI : Sophie Roman).

24-27 Janvier 2020

Nouvelles expériences DRX sur synchrotron à Alba (exp. 2019093849). Myriam Agnel, doctorante à l'ISTO, évalue les liens entre structure et propriétés d'échange des rouilles vertes.

Janvier 2020

Les projets INSU TELLUS SYSTER Friction (PI: Sophie Mallet) et CESSUR Capfrac (PI: Christophe Tournassat) sont financés.

Septembre 2019

Céline Mallet (Maître de conférence, Univ. Orléans) et Cyprien Soulaine (CR CNRS) rejoignent le groupe.

Après avoir étudié la perméabilité d'argilites sous fracturation  hydraulique pendant son master, Céline a réalisée sa thèse à l'Ecole  Normale Supérieure dans le Laboratoire de Géologie (soutenue en octobre 2014). Elle a étudié, sous la direction de Yves Guéguen et  Jérôme Fortin, le comportement des fissures dans du verre sous  condition de réservoir géologique pour le stockage des déchets  radioactifs. Son étude, expérimentale, était partagée entre la  caractérisation géophysique des fissures (à partir de vitesse d'onde  et d'enregistrement acoustique) et la compréhension des mécanismes de propagation sous critique des fissures sous des effets couplés THMC.  Céline a ensuite réalisé un postdoc à l'Université de Lausanne (à l'Institut des Sciences de la Terre) où elle a travaillé à la modélisation numérique de l'atténuation des ondes pour caractériser la connectivité de réseaux de fissures dans un contexte de géothermie.  Céline a obtenu un poste de maître de conférences à l'université  d'Orléans en septembre 2016 au sein du laboratoire de Mécanique Gabriel Lamé (équipe Génie Civil) où elle a continué d'étudier les  approches multi-géophysique pour la caractérisation des matériaux fissurés. Sa sensibilité aux thématiques de géosciences l'a poussée à changer pour l'ISTO afin de développer ses axes de recherches dans les roches poreuses et pour des thématique de réservoirs géologiques ou de risques naturels.

Cyprien a obtenu sa thèse à l'IMFT (Univ. Toulouse) en 2012. Après un court contrat post-doctoral à l'IMFT, Cyprien a rejoint l'Université de Stanford dans le groupe du Pr. Hamdi Tchelepi (reservoir simulation group of Hamdi Tchelepi in the Department of Energy Resources Engineering) jusqu'en 2018. Embauché par le BRGM en 2018, il a réussi le concours CR CNRS en 2019 et a décidé de rejoindre le groupe Milieux Poreux de l'ISTO pour développer des modèles à échelles hybrides pour simuler les écoulements dans les milieux poreux et fracturés.

 

Bienvenue Céline et Cyprien !

Septembre 2019

Le volume 85 de Reviews in Mineralogy and Geochemistry sur "Reactive transport in natural and engineered systems" et édité par J. Druhan & C. Tournassat est paru.

RiMG cover

25 Avril 2019

Chloé Caurel soutient sa thèse intitulée : Etude expérimentale de la mobilité d'éléments traces (Cr, Cu, Pb, As) à l'échelle d'un système poral bimodal : importance et localisation de l'activité microbienne.

Félicitations Chloé !

Avril 2019

Thomas Jouan rejoint le groupe en tant que post-doc sur le projet O-ZnS. Thomas travaille sur le test des outils de monitoring environnementaux et montages les d’expérimentations en laboratoire sur les transferts  dans la zone non-saturée. Bienvenue Thomas !

Février 2019

Notre projet Partenariat Hubert Curien en collaboration avec HWU (Edimbourg) est financé sur l'appel Alliance 2019 (PI : Sophie Roman).

Février 2019

Notre projet Partenariat Hubert Curien en collaboration avec l'IEK-6 Forschungzentrum Jülich est financé sur l'appel PROCOPE 2019 (PI : Sophie Roman).

Février 2019

Mahdi Mansouri rejoint le GP Milieux Poreux et démarre ses travaux de thèse sous la direction de Sophie Roman et Mohamed Azaroual. Le sujet de thèse porte sur l'étude expérimentale microfluidique des mécanismes physiques et chimiques liés au stockage du CO2 dans les aquifères salins profond. Bienvenue Mahdi !

Janvier 2019

Notre projet CH-MOD - Couplages hydro-chemo-mécaniques dans les matériaux argileux est financé sur l'appel INSU-TELLUS 2019 (PI : Christophe Tournassat).

Juillet 2018

Notre projet ANR PCRE CATCH est financé.

Juillet 2018

Clara Jodry rejoint le groupe.

Après avoir obtenu une licence en « Sciences de la Terre » à l’université Paul Sabatier de Toulouse (2006-2009) et un master en « Géophysique appliquée, ressources et environnement » de l’université Sorbonne Université de Paris (2009-2010),Clara effectue une thèse à l’Observatoire des Sciences de l’Univers à Nantes-Atlantique (collaboration entre l’Université de Nantes et l’IFSTTAR) focalisée sur le développement de méthodologies de caractérisation et de surveillance des structures de protections contre les inondations fluviales et submersions marines (digue en terre et dune naturelle). Ce travail est fortement axé sur la tomographie de résistivité électrique (TRE), particulièrement sensible à l’hétérogénéité de ces structures et à l’état hydrique du sous-sol. Clara a ensuite poursivi son parcours en post-doctorat à l'université de Strasbourg (2016-2018) où ella a élargi ses compétences à la caractérisation des aquifères dans les milieux naturels fracturés avec la méthode de résonance magnétique protonique (RMP), particulièrement intéressante pour la communauté hydrogéologue car sensible uniquement à l’eau. Cette méthode permet de caractériser un aquifère et de remonter à des paramètres tels que la porosité saturée, la perméabilité ou la transmissivité. Les recherches de Clara se focalisent maintenant sur la caractérisation de la Zone Non Saturée (ZNS) du sol, milieu hautement complexe et dynamique qui nécessite la prise en compte de paramètres multiples. Ces travaux s'effectuent dans le cadre de l'« Observatoire des transferts dans la Zone Non Saturée » (O-ZNS), dans le cadre d’un programme scientifique régional PIVOTS. Bienvenue Clara !

1 Mai 2018

Florian Osselin rejoint le groupe.

Après des études d’ingénieur à l’École supérieure de physique et de chimie industrielles, Florian a soutenu sa thèse en 2013 au Laboratoire Navier sur les conséquences mécaniques de la précipitation de sels associées au stockage géologique de dioxyde de carbone en aquifère salin. Puis, Florian a effectué un premier séjour post-doctoral à l'Université de Varsovie, pour étudier expérimentalement l'instabilité d'infiltration-réaction lors de la dissolution d'une roche par un fluide percolant, avant de rejoindre de 2016 à 2018 l'Université de Calgary, où il a effectué ses recherches sur les eaux de reflux dans le cadre de l'extraction de gas de schiste par fracturation hydraulique. Son travail à l'ISTO porte sur l'étude des processus couplés thermo-hydro-mécano-chimiques prenant place dans la zone proche des puits d'injection/extraction en géothermie. Bienvenue Florian !

10 Mars 2018

Myriam Agnel reçoit le prix du meilleur poster mention Géologie au  "5th Young Natural History scientists' Meeting". Félicitation Myriam!

1 Mars 2018

Aghiles Ferrah, étudiant en M2 en Mécanique et Énergétique de l’Université de Lorraine à Nancy, rejoint le groupe pour une durée de 6 mois. Son stage porte sur le "Piégeage du CO2 dans les aquifères profonds : étude expérimentale à l’échelle du pore". Il travaille essentiellement dans le laboratoire microfluidique à la mise en place de nouveaux micromodèles en PDMS qui lui permettront d’étudier les mécanismes de piégeages dans des pores, des successions de pores de tailles variées. Bienvenue Aghiles !

20-21 Février 2018

Nous recevons la visite du Pr. Dirk Bosbach, Dr. Felix Brandt, Dr. Guido Deissman, et Dr. Jenna Poonoosamy du "Institute of Energy and Climate Research " de Jülich (Allemagne).

2 Janvier 2018

Marion Klintzing rejoint l'équipe, embauchée en CDD à l’ISTO en tant qu’ingénieur d’études en instrumentation scientifique environnementale et techniques expérimentales. Récemment diplômée de l’Ecole Nationale supérieure de Mécanique et des Microtechniques (ENSMM) de Besançon (filière Energie, transport, Environnement en spécialisation), Marion est en charge de la partie concernant l'instrumentation sur la plate-forme O-ZNS du puits d'accès en zone non saturée. Bienvenue Marion !

8 Décembre 2017

Claudie Hulin soutient sa thèse sur le "Couplage géochimie - géomécanique dans les milieux poreux insaturés. Tension capillaire - Pression de cristallisation". Félicitations Claudie !

24-27 Novembre 2017

Expériences DRX sur synchrotron à Alba (exp. 2017022082). Myriam Agnel, doctorante à l'ISTO, évalue les liens entre structure et propriétés d'échange des rouilles vertes.

7 Novembre 2017

Le dossier de Myriam Agnel a été retenu par Princeton pour un séjour de 2 fois 3 mois en tant que "Visiting Student Research Collaborator". La première visite est prévue début 2019. Myriam pourra se former aux techniques de Dynamique Moléculaire dans le groupe du Professeur Ian Bourg afin d'approfondir ses recherches sur la réactivité des rouilles vertes. Félicitations Myriam !

2-5 Octobre 2017

La première édition du colloque international "Reactive Transport for the Earth and Environmental Sciences in the 21st Century" s'est tenue à Amboise dans le cadre idyllique du Château du Clos Lucé. Ce colloque, organisé par le BRGM, le LBNL et l'ISTO et soutenu par le LABEX Voltaire et la Région Centre-Val de Loire, a rassemblé plus d'une quarantaine de spécialistes mondiaux du transport réactif pour trois jours d'échange et de présentations, et un jour de formation à la modélisation sur le code Crunchflow.

1er Octobre 2017

Myriam Agnel rejoint le GP Milieux Poreux en thèse. Ses travaux porteront sur les "Cinétiques et mécanismes des processus d’échanges anioniques dans les rouilles vertes nanocristallines". Cette thèse est co-encadrée par Christophe Tournassat (ISTO-BRGM) et Sylvain Grangeon (BRGM). Bienvenue à Myriam !

1er Septembre 2017

Sophie Roman rejoint l'ISTO et le groupe Milieux Poreux sur un poste de Maître de Conférence. Sophie est titulaire d'une thèse obtenue à l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse. Elle a ensuite  rejoint le Laboratoire Charles Coulomb à Montpellier en tant que chercheuse post-doctorante, avant de prendre un poste de Research Associate à Stanford. Les compétences de Sophie permettront au groupe d'approfondir, entre autres, les études réalisées sur micro-modèles. Bienvenue à Sophie !

Agnel Myriam Doctorante
André Laurent Chercheur BRGM
Azaroual Mohamed Chercheur BRGM - Directeur adjoint de l'ISTO
Isch Arnaud Ingénieur de recherche CNRS (CDD)
Jodry Clara Ingénieur de recherche  CNRS (CDD)
Mansouri Mahdi Doctorant
Mercury Lionel Pr. Université d'Orléans - Directeur de l'ISTO
Céline Mallet Maître de conférence
Orucoglu Esra Post-doctorante
Osselin Florian Post-doctorant
Roman Sophie MCF Université d'Orléans
Rouet Jean-Louis Pr. Université d'Orléans
Cyprien Soulaine CR CNRS, Responsable du GP
Tournassat Christophe Pr. Université d'Orléans

Projets ANR

JCJC - FRAMATI (2019-2023) : Modélisation micro-échelle des interactions fracture-matrice en régime multiphasique réactif

The objective of the FraMatI project is to improve our fundamental understanding of fractures alteration and to develop predictive capabilities of reactive multi-phase flow in complex geological formations. The scientific strategy relies on a systematic multi-scale analysis of the fracture-matrix interactions starting at the micro-scale by means of numerical modeling and microfluidic experiments.

Partenaires : ISTO, BRGM

Contact : Cyprien Soulaine

PRCE - CATCH (2018-2022) : Caractérisation dynamique et modélisation des couplages structure – chimie – transport : approche multi-échelles.

Le projet CATCH a pour but d’évaluer quantitativement l’effet d’une évolution la porosité sur les paramètres de transport dans des matériaux du sous-sol. Les technologies utilisant le sous-sol à des fins de stockage d’énergie ou de déchets engendrent des perturbations physico-chimiques qui se répercutent sur les matériaux et les milieux géologiques encaissants, et qui modifient les propriétés de transport de ces milieux, de façon bénéfique ou non pour les performances de l’application visée. La prédiction de ces évolutions doit reposer sur des approches numériques couplant transport et réactivité. Toutefois, les outils actuels de transport réactifs sont limités par une compréhension et une quantification très lacunaires des processus fondamentaux d’intérêt qui prennent place à l’échelle du pore. Le projet CATCH a pour ambition de lever des verrous majeurs pour les capacités de prédiction de ces outils en combinant des approches multi-échelle de caractérisation et de modélisation.

Partenaires : ISTO, BRGM, ERM, ISterre

Contact : Christophe Tournassat

Projets INSU

CapFrac - CAPillary forces transmission from nanopores to FRACtures. An experimental approach. (TELLUS 2020).

The objective of the CAPFRAC project is to confirm and to quantify experimentally the role of capillary forces in the building of anomalous thermodynamic properties for aqueous solutions present in fractures connected to nanoporous media.

Collaborations: BRGM

Contact: Christophe Tournassat

CH-MOD - Couplages hydro-chemo-mécaniques dans les matériaux argileux (TELLUS 2019).

The study of transient stages of the clay response to external complex chemical perturbations would benefit from a coupled reactive transport/mechanical modeling approach. The development of such models necessitates that the predictions can be tested against experimental data that covers, not only one of the hydrological, chemical or mechanical aspects, but the three of them concomitantly. In this respect, the CHMOD project aims to build and test a specific oedometer cell able to measure the swelling pressure of clay samples, and to concomitantly visualize, in situ, the evolution of how the microstructure is organized through state-of-the-art synchrotron radiation techniques.

Collaborations: BRGM, Lawrence Berkeley National Laboratory

Contact: Christophe Tournassat

Projets Partenariat Hubert Curien

Alliance 2019 - Geochemical aspects of CO2 sequestration: experiments and numerical simulations

Ensuring a secure supply of energy that is affordable for consumers while helping the UK and France to meet their 2030 decarbonisation targets (57 % below 1990 levels for the UK, 40 % for France) is a question that remains unsolved. In this context, the objective of this collaboration is to join the effort of Heriot-Watt University (HWU, Edinburgh, U. K.) and the Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO, France) in developing an automatic workflow to investigate the physics of Carbon Capture and Storage (CCS) in geological reservoirs. The scientific goal of the project is to investigate the geochemical properties of the CO2-brine mixture (exsolution, dissolution, precipitation) during laboratory flow experiments on manufactured and 3D printed micromodels, underpinned by state-of-the-art numerical simulations, and to assess their effects on the macroscopic system behavior in order to develop appropriate upscaling approaches from the pore to the field scale.

P.I.s: Sophie Roman (ISTO) & Julien Maes (HWU)

PROCOPE 2019 - Multi-scale experiments for understanding coupled reactive transport processes

The goal of the collaboration is to join the efforts of a German (IEK-6, Forschungszentrum Jülich (FZJ)) and a French partner (Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO)) on the development of realistic descriptions of complex coupled processes in numerical models for reactive transport simulations that are applicable e.g. in the fields of safety assessments of nuclear waste repositories, oil and gas recovery, or the evaluation of contaminant transport in the subsurface. The motivation is to understand and quantify changes of transport parameters (e.g. permeability, diffusivity) in geological media in response to spatial and temporal porosity and microstructure evolution. The scientific goal of this work is to investigate geochemical processes at the pore scale and in confined media (in particular dissolution/precipitation processes) and to assess their effects on the macroscopic system behavior with respect to its (physical) solute transport properties, in order to develop appropriate upscaling approaches for implementation in continuum scale models. We will develop experiments which serve to gain insights into the relevant pore scale processes and that will be further used to develop mechanistic models to describe the system evolution.

Our aim is to conduct experiments at different scales using plug through column experiments (cm scale) and using innovative microfluidics experiments (µm scale, pore-scale). We will evaluate the consequences of mineral precipitation and dissolution in porous media on the evolution of the porosity and of the macroscopic transport properties of the media.

Nos thèses en cours

Etude expérimentale microfluidique des mécanismes physiques et chimiques liés au stockage du CO2 dans les aquifères salins profonds (Ph.D. Student: Mahdi Mansouri ; Supervisors: Sophie Roman & Mohamed Azaroual)

Le procédé de stockage géologique du CO2 dans les aquifères salins profonds est une technique prometteuse pour réduire les émissions anthropiques de CO2 dans l’atmosphère. L’injection du CO2 dans les formations géologiques résulte en des problématiques d’écoulements multiphasiques réactifs. La répartition du fluide non-mouillant (le CO2) dans le réseau de pores d’un réservoir perméable et les mécanismes de piégeage dépendent des propriétés pétrophysiques du réservoir et des propriétés des fluides. Une meilleure compréhension des écoulements diphasiques est nécessaire afin de prédire la répartition des fluides dans un réservoir et de contrôler/optimiser l’injection du CO2. D’autre part, l’injection du CO2 dans les formations géologiques a pour conséquences d’acidifier la saumure et d’augmenter sa réactivité géochimique pouvant ainsi provoquer des changements importants de la structure et des propriétés pétrophysiques du réservoir.

Le projet de thèse est basé sur une stratégie multi-échelle mettant en œuvre une approche expérimentale microfluidique afin d’améliorer nos connaissances fondamentales sur les mécanismes clefs liés à l’injection du CO2 dans les aquifères salins profonds et d’identifier les couplages pertinents entre phénomènes à différentes échelles pour diverses conditions d’écoulement, de température, de pression, de mouillabilité et de salinité. Des expériences microfluidiques seront réalisées selon le concept de GLoC (laboratoire géologique sur puce). Les systèmes microfluidiques sont des réseaux de pores transparents permettant une visualisation directe et in situ (optique, spectroscopique) des mécanismes à l’échelle du pore et aux interfaces (i.e. distribution des fluides, mélanges, réactions géochimiques, etc.). Les expériences microfluidiques seront associées à des techniques de pointe en imagerie et traitement d’images permettant l’obtention de données quantitatives sur les mécanismes à l’échelle du pore. L’analyse de ces résultats visera à obtenir une évaluation des paramètres cinétiques et interfaciaux ainsi que des données pour la simulation numérique des écoulements diphasiques et du transport réactif.

Kinetics and mechanisms of anion exchange processes in nanocrystalline green rusts (Ph.D. Student: Myriam Agnel; Supervisors: Christophe Tournassat & Sylvain Grangeon)

A significant part of soil reactivity is due to layered materials such as clay minerals or oxides. Fougèrite is a layered double hydroxide discovered in a hydromorphic soil and first described by Trolard et al. (2007). This mineral is the naturally occurring form of green rusts, a corrosion product of iron pipes anteriorly described by Keller (1948). The minute size of Fougèrite leads to a large surface to volume ratio, and hence a large density of reactive border sites. This reactivity is reinforced by the lamellar structure, meaning that it is built of layers - charged positively due to isomorphic substitution and vacancies - separated by an interlayer space in which anion can be incorporated to compensate for the layer charge. This particular structure makes Fougèrite a major player in the control of (oxy)anions (e.g. Cl-, NO3-) cycling in hydromorphic soils. Fougèrite stability, and thus presence, in soil is largely controlled by redox conditions. Consequently, the presence of Fougèrite is controlled by external forcing in soil systems such as seasonal cycles or climatic changes. The quantification of the reactivity of Fougèrite is thus a key aspect in our understanding of present and future (bio)geochemical cycles of anionic compounds in soils.

The objective of this research project is to develop thermo-kinetic models of ion exchange on green rust surfaces calibrated with structural and chemical experimental data. To date, very few studies have focused on the link between crystal structure and reactivity of green rusts. A detailed study of the structure combined with ion exchange lab experiments and multi-scale numerical simulations are necessary to decipher mechanisms at work in this system.

Nos stages

Mesure des pertes de charges dans des milieux poreux synthétiques (micromodèles)

2020, 4 mois

Étudiant : Joran Alves (Master Géochimie et Géomatique de l’Environnement, OSUC)

Encadrants : Sophie Roman

Analyse des données issues d’expériences de dissolution/précipitation en milieux poreux synthétiques

2020, 4 mois

Étudiant : Valentin Pluvy (Master Géochimie et Géomatique de l’Environnement, OSUC)

Projet porteur : PROCOPE 2019

Encadrants : Sophie Roman

Montage d'un laboratoire pour la caractérisation géophysique et géomécanique des roches carbonatées fissurées

2020, 6 mois

Étudiante : Malika Belmokthar, étudiante en M2 à l'ENSG à Nancy.

Projet porteur : O-ZNS

Encadrants : Céline Mallet et Clara Jodry

Nos thèses soutenues

Processus à l'échelle des pores régissant la localisation et le développement des biofilms dans un milieu poreux bimodal : effet sur la mobilité du Cr, Cu, As et Pb (Ph.D. Student: Chloé Caurel, avril 2019)

Couplage géochimie-géomécanique dans les milieux poreux insaturés : Tension capillaire – Pression de cristallisation (Etudiante: Claudie Hulinl, Décembre 2017)

Dans la zone insaturée, l’altération des roches poreuses en condition de séchage est attribuée principalement aux sels qui cristallisent dans la solution porale lors de son évaporation. Ils exercent une pression (pression de cristallisation) contre les parois du pore dont le moteur est la sursaturation de la solution. Dans le même contexte, l’eau porale qui est retenue par capillarité dans les pores nanométriques est amenée sous pression négative. L’eau sous tension capillaire exerce une traction mécanique contre les parois du pore, mais aussi modifie les équilibres chimiques. Ces deux mécanismes, pression de cristallisation et traction capillaire, qui sont de nature physique, ont pour origine le déséquilibre chimique entre l’eau porale et l’air sec.Des expériences de cristallisation de sels (Na2SO4, NaCl) permettent 1/ de mettre en évidence des conditions favorables à l’expression de la pression de cristallisation, qui apparait comme un phénomène brutal et transitoire provoqué par la relaxation d’un état de déséquilibre (sursaturation), et 2/ de montrer que la tension capillaire, générée par une interface nanométrique, peut être transmise à un macrovolume dans un système géométrique particulier construit par les sels. L’état de tension y est métastable (l’eau est surchauffée) mais dure suffisamment longtemps pour observer les effets mécaniques (traction) et chimiques (dissolution) attendus. La relaxation brutale de l’état de surchauffe permet une rapide sursaturation, qui est le moteur de la pression de cristallisation.Ainsi, les cycles climatiques sont à l’origine d’évènements brutaux et transitoires qui marquent la relaxation d’un état de déséquilibre (surchauffe et sursaturation), contrôlés par la tension capillaire et la cristallisation des sels qui coopèrent pour altérer la roche en conditions de séchage.

Directeur de thèse: Prof. Lionel Mercury

2020

Articles

Dutka, F.; Starchenko, V.; Osselin, F.; Magni, S.; Szymczak, P. & Ladd, A. J. Time-dependent shapes of a dissolving mineral grain: comparisons of simulations with microfluidic experiments. Chemical Geology, 119459. Open Access.

Roman, S., Soulaine, C, & Kovscek, A.R. Pore-scale visualization and characterization of viscous dissipation in porous media. Journal of colloid and interface science, 558, 269-279.

Maes, J. & Soulaine, C. A unified single-field Volume-of-Fluid-based formulation for multi-component interfacial transfer with local volume changes. Journal of Computational Physics, 402, 109024.

Molins, S.; Soulaine, C.; Prasianakis, N.I.; Abbasi, A.; Poncet, P.; Ladd, A. J.; Starchenko, V.; Roman, S.; Trebotich, D.; Tchelepi, H.A. & others Simulation of mineral dissolution at the pore scale with evolving fluid-solid interfaces: Review of approaches and benchmark problem set. Computational Geosciences.

Agnel, M.I.; Grangeon, S.; Fauth, F.; Elkaïm, E.; Claret, F.; Roulet, M.; Warmont, F. & Tournassat, C. Mechanistic and thermodynamic insights into anion exchange by green rust Environmental Science & Technology, 54, 851-861.

Kraevsky, S.V.; Tournassat, C.; Vayer, M.; Warmont, F.; Grangeon, S.; Wakou, B.F. N. & Kalinichev, A.G. Identification of montmorillonite particle edge orientations by atomic-force microscopy Applied Clay Science, 186, 105442.

Le Crom, S.; Tournassat, C.; Robinet, J.-C. & Marry, V. Influence of polarisability on the prediction of the electrical double layer structure in a clay mesopore: A molecular dynamics study The Journal of Physical Chemistry C.

Tournassat, C.; Steefel, C.I. & Gimmi, T. Solving the Nernst-Planck equation in heterogeneous porous media with finite volume methods: Averaging approaches at interfaces. Water Resources Research. Open Access.

Tournassat, C. & Steefel, C.I. Modeling diffusion processes in the presence of a diffuse layer at charged mineral surfaces. A benchmark exercise. Computational Geosciences. Open Access.

2019

Articles

Humez, P.; Osselin, F.; Kloppmann, W. & Mayer, B. A geochemical and multi-isotope modeling approach to determine sources and fate of methane in shallow groundwater above unconventional hydrocarbon reservoirs Journal of contaminant hydrology, 226, 103525

Humez, P.; Osselin, F.; Wilson, L. J.; Nightingale, M.; Kloppmann, W. & Mayer, B. A Probabilistic Approach for Predicting Methane Occurrence in Groundwater Environmental science & technology, 53, 12914-12922

Osselin, F.; Saad, S.; Nightingale, M.; Hearn, G.; Desaulty, A.; Gaucher, E.; Clarkson, C.; Kloppmann, W. & Mayer, B. Geochemical and sulfate isotopic evolution of flowback and produced waters reveals water-rock interactions following hydraulic fracturing of a tight hydrocarbon reservoir. Science of The Total Environment, 687, 1389-140

Tournassat, C., & Steefel, C.I. Reactive transport modeling of coupled processes in nanoporous media. Reviews in Mineralogy & Geochemistry, 85, 75-109. Open access

Krüger Y., Mercury L, Canizares A., Simon P. Metastable phase equilibria in the ice II stability field. A Raman study of synthetic high-density water inclusions in quartz. Physical Chemistry Chemical Physics, 21, 19554-19566. https://doi.org/10.1039/c9cp03647d

Hulin, C. & Mercury, L. Capillarity-driven supersolubility in dual-porosity systems. Geochimica et Cosmochimica Acta, 252, 144 - 158

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Livres/Volumes

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2018

Articles

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Tiwari, D.; Mercury, L.; Dijkstra, M.; Chaudhary, H. & Hernández-Sánchez, J. F., 2018. Post-pinch-off relaxation of two-dimensional droplets in a Hele-Shaw cell Physical Review Fluids, 3, 124202

Ma, B.; Fernandez-Martinez, A.; Grangeon, S.; Tournassat, C.; Findling, N.; Carrero, S.; Tisserand, D.; Bureau, S.; Elkaïm, E.; Marini, C.; Aquilanti, G.; Koishi, A.; Marty, N. C. M. & Charlet, L., 2018. Selenite uptake by Ca--Al LDH: a description of intercalated anion coordination geometries Environmental science & technology, 52, 1624-1632

Soulaine, C., Roman, S., Kovscek, A., Tchelepi, H.A., 2018. Pore-scale modelling of multiphase reactive flow: application to mineral dissolution with production of CO2 Journal of Fluid Mechanics 855, 616–645.

Marty, N. C.; Lach, A.; Lerouge, C.; Grangeon, S.; Claret, F.; Fauchet, C.; Madé, B.; Lundy, M.; Lagroix, F.; Tournassat, C.; & Tremosa, J. , 2018. Weathering of an argillaceous rock in the presence of atmospheric conditions: A flow-through experiment and modelling study. Applied Geochemistry, 96, 252-263.

Lach, A., André, L., Guignot, S., Christov, C., Henocq, P., & Lassin, A., 2018. A Pitzer Parametrization To Predict Solution Properties and Salt Solubility in the H–Na–K–Ca–Mg–NO3–H2O System at 298.15 K. Journal of Chemical & Engineering Data, 63, 787-800.

Lassin, A.; André, L.; Lach, A.; Thadée, A.-L.; Cézac, P. & Serin, J.-P., 2018. Solution properties and salt-solution equilibria in the H-Li-Na-K-Ca-Mg-Cl-H 2 O system at 25° C: A new thermodynamic model based on Pitzer's equations Calphad, 61, 126-139

André, L.; Christov, C.; Lassin, A. & Azaroual, M., 2018 Thermodynamic model for solution behavior and solid-liquid equilibrium in Na-Al (III)-Fe (III)-Cr (III)-Cl-H2O system at 25° C Acta Scientifica Naturalis, 5, 6-16

Zhang, C.; Liu, X.; Tinnacher, R. M. & Tournassat, C., 2018 Mechanistic understanding of uranyl ion complexation on montmorillonite edges: A combined first-principles molecular dynamics-surface complexation modeling approach Environmental science & technology, 52, 8501-8509

Orucoglu, E., Tournassat, C., Robinet, J.-C., Madé, B. & Lundy, M., 2018 From experimental variability to the sorption related retention parameters necessary for performance assessment models for nuclear waste disposal systems: The example of Pb adsorption on clay minerals Applied Clay Science, 163, 20-32

Debure, M., Tournassat, C., Lerouge, C., Madé, B., Robinet, J. C., Fernández, A. M., & Grangeon, S., 2018. Retention of arsenic, chromium and boron on an outcropping clay-rich rock formation (the Tégulines Clay, eastern France). Science of The Total Environment, 642, 216-229.

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Claret, F., Grangeon, S., Loschetter, A., Tournassat, C., De Nolf, W., Harker, N., Boulahya, F., Gaboreau, S., Linard, Y., Bourbon, X., others, 2018. Deciphering mineralogical changes and carbonation development during hydration and ageing of a consolidated ternary blended cement paste. IUCrJ 5.

Lerouge, C., Robinet, J.-C., Debure, M., Tournassat, C., Bouchet, A., Fernández, A.M., Flehoc, C., Guerrot, C., Kars, M., Lagroix, F., Landrein, P., Madé, B., Negrel, P., Wille, G., Claret, F., 2018. A deep alteration and oxidation profile in a shallow clay aquitard: example of the Tégulines Clay, East Paris Basin, France. Geofluids. Article ID 1606753.

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Chapitres

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2017

Articles

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Gailhanou, H., Lerouge, C., Debure, M., Gaboreau, S., Gaucher, E.C., Grangeon, S., Grenèche, J.-M., Kars, M., Madé, B., Marty, N.C.M., Warmont, F., Tournassat, C., 2017. Effects of a thermal perturbation on mineralogy and pore water composition in a clay-rock: an experimental and modeling study. Geochimica et Cosmochimica Acta 197, 193–214.

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Grangeon, S., Warmont, F., Tournassat, C., Lanson, B., Lanson, M., Elkam, E., Claret, F., 2017b. Nucleation and growth of feitknechtite from nanocrystalline vernadite precursor. European Journal of Mineralogy 29, 767–776.

Ma, B., Fernandez-Martinez, A., Grangeon, S., Tournassat, C., Findling, N., Claret, F., Koishi, A., Marty, N.C.M., Tisserand, D., Bureau, S., others, 2017. Evidence of Multiple Sorption Modes in Layered Double Hydroxides Using Mo As Structural Probe. Environmental Science & Technology 51, 5531–5540.

Chapitres

Hulin, C., Mercury, L., Simon, P., Shmulovich, K.I., 2017. Mechanical weakening of massive quartz due to in-pore water tension. In: Poromechanics VI. Proceedings of the Sixth Biot Conference on Poromechanics, pp. 517–525.

2016

Articles

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Dixit, C., Bernard, M.-L., Sanjuan, B., André, L., Gaspard, S., 2016. Experimental study on the kinetics of silica polymerization during cooling of the Bouillante geothermal fluid (Guadeloupe, French West Indies). Chemical Geology 442, 97–112.

Filipovi, V., Cambier, P., Filipovi, L., Coquet, Y., Pot, V., Bodineau, G., Jaulin, A., Mercier, V., Houot, S., Benoit, P., 2016a. Modeling copper and cadmium mobility in an albeluvisol amended with urban waste composts. Vadose zone journal 15.

Filipovi, V., Coquet, Y., Pot, V., Matijevi, L., Cambier, P., Houot, S., Benoit, P., 2016b. Numerical simulations of isoproturon transport in conventional soil cultivation with compost obtained by urban biological waste recycling. Hrvatske vode 24, 19–28.

Guégan, R., Sueyoshi, K., Anraku, S., Yamamoto, S., Miyamoto, N., 2016. Sandwich organization of non-ionic surfactant liquid crystalline phases as induced by large inorganic K 4 Nb 6 O 17 nanosheets. Chemical Communications 52, 1594–1597.

Lassin, A., Marty, N.C., Gailhanou, H., Henry, B., Trémosa, J., Lerouge, C., Madé, B., Altmann, S., Gaucher, E.C., 2016. Equilibrium partial pressure of CO 2 in Callovian–Oxfordian argillite as a function of relative humidity: Experiments and modelling. Geochimica et Cosmochimica Acta 186, 91–104.

Léger, E., Saintenoy, A., Tucholka, P., Coquet, Y., 2016. Hydrodynamic parameters of a sandy soil determined by ground-penetrating radar monitoring of porchet infiltrations. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing 9, 188–200.

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Saheb, M., Chabas, A., Mertz, J.-D., Colas, E., Rozenbaum, O., Sizun, J.-P., Nowak, S., Gentaz, L., Verney-Carron, A., 2016. Weathering of limestone after several decades in an urban environment. Corrosion Science 111, 742–752.

Tournassat, C., Bourg, I.C., Holmboe, M., Sposito, G., Steefel, C.I., 2016a. Molecular dynamics simulations of anion exclusion in clay interlayer nanopores. Clays and Clay Minerals 64, 374–388.

Tournassat, C., Davis, J.A., Chiaberge, C., Grangeon, S., Bourg, I.C., 2016b. Modeling the acid–base properties of montmorillonite edge surfaces. Environmental Science & Technology 50, 13436–13445.