Domaine de recherche

Environnement et qualité de l'eau / Sciences de la terre et de l'environnement

Intitulé du sujet

Modélisation thermocinétique des processus de transfert réactif intégrant les réactions biogéochimiques dans le sol et le sous-sol géologique.

Résumé du sujet

La pression anthropique sur les ressources en eau ne cesse de s'accroitre avec la population mondiale mais également avec l'exigence sur les standards de qualité de l'eau distribuée. Alors que les eaux de surface ne sont déjà plus en mesure de satisfaire la demande, un intérêt grandissant se développe pour les eaux souterraines, en termes de quantité et surtout de qualité disponible. Une particularité de cette ressource est que son fonctionnement naturel par infiltration puis écoulement souterrain contribue à fortement modifier les signatures chimiques et biologiques des eaux de recharge : le milieu agit à la fois comme un filtre épurateur et comme un réacteur d'échange. Or ce rôle peut être renforcé artificiellement à l'échelle industrielle en injectant de l'eau de surface impropre à la consommation en l'état (ayant subie un traitement de base) dans le sol afin que la phase de recharge restaure ses qualités de potabilité ou tout simplement pour l'irrigation et d'autres usages industriels.

Les processus géochimiques naturels qui agissent lors de cette phase sont relativement bien connus, il n'est donc pas difficile de définir les cycles réactionnels en jeu. Néanmoins, ces réactions obéissent aux forces motrices dues aux conditions de milieu, elles-mêmes intimement liées à l'activité biologique (notamment microbienne) qui s'y déroule. Le mécanisme principal actif dans ces effets est l'oxydo-réduction, en lien avec, d'une part, la dégradation de la matière organique et la disponibilité en oxygène et avec, d'autre part, l'activité métabolique dans le milieu de recharge. On voit ainsi se développer des zones d'oxydo-réduction spécifiques qui sont classiquement modélisées par une succession d'équilibres thermodynamiques. Néanmoins, cette approche d'équilibre ne rend pas compte des observations recueillies dans des systèmes naturels et anthropiques complexes, où les différentes réactions redox sont à l'évidence en fort déséquilibre thermodynamique, bien qu'elles suivent une succession qui semble respecter un ordre énergétique.

Le projet de thèse a donc pour but d'intégrer la microbiologie dans les modèles thermo-cinétiques géochimiques. Il s'agit de réaliser (après et avec d'autres) un cycle thermodynamique redox dont le bilan d'énergie, les forces motrices et l'avancement peuvent être quantifiés et qualifiés. La première assise de la thèse consiste donc à s'approprier les modèles existants, à en discuter les différents points d'appui et leurs limites, et à améliorer la structure des lois thermocinétiques correspondantes. La seconde assise correspond aux applications à des expériences de laboratoire et/ou sur pilote, dont les résultats sont déjà disponibles dans l'équipe du projet, voire la mise au point d'expériences complémentaires, pour des mesures ciblées permettant de déterminer les paramètres de ces lois. Le troisième axe de travail réalisera le montage de modèles couplés chimie-transport dans un code de calcul existant (e.g. PHREEQC, MIN3P) dotés de base de données thermodynamiques avancées (http://thermoddem.brgm.fr/) pour étendre le concept à l'échelle d'une colonne aquifère juxtaposant la zone non saturée et la zone saturée d'une structure aquifère, soumise aux pratiques de la recharge artificielle et de gestion active des ressources en eau.

Formation niveau Master

Géochimie réactive, hydrogéologie, mécanique des fluides, modélisation des processus physiques et/ou chimiques.

Informations pratiques

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2011

Institutions de tutelle du thésard : Université d'Orléans, CNRS et BRGM

Lieu : BRGM et ISTO (Orléans)

Salaire : 1450 € nets/mois

Personnes à contacter par le(la) candidat(e)

Lionel MERCURY ( Cette adresse email est protégée contre les robots des spammeurs, vous devez activer Javascript pour la voir. )

Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (ISTO)

1a, rue de la Férolerie

45071 Orléans Cedex

Tél. : 02.38.25.53.98Mohamed

AZAROUAL ( Cette adresse email est protégée contre les robots des spammeurs, vous devez activer Javascript pour la voir. )

BRGM Service Eau

3, av. C. Guillemin. B.P. 36009

45060 Orléans Cedex 2

Tél. : 02.38.64.32.54