La diagenèse précoce des sédiments carbonatés au laboratoire : approche expérimentale des processus géologiques et leur rôle sur les propriétés réservoirs.

Laboratory diagenesis of carbonate sediments. Experimental approach of geological processes and their role on reservoir properties.

• Auteur / Autrice : Julien Doucot
• Direction : Philippe Robion, Jérôme Fortin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers - Cergy
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences de la Terre de Paris

Mots clés

Mots clés libres

Sédimentologie

Diagénèse

Physique des roches

Hydrogéologie

Interactions fluide-roche

Géologie

Sedimentology

Diagenesis

Rock physics

Hydrogeology

Fluid-rocks interactions

Geology

Résumé

Les roches carbonatées présentent un grand intérêt pour les énergies durables (géothermie, ressources en eau) et pour la lutte contre le changement climatique (séquestration des gaz à effet de serre, stockage des déchets). Le projet PREFAB permettra de mieux comprendre la diagenèse précoce et son rôle de précurseur dans la création et la préservation des aquifères dans les formations carbonatées anciennes et récentes. Le projet est construit autour de deux questions centrales: (Objectif 1) quel est le rôle joué par la minéralogie initiale des sédiments et par la chimie des fluides sur les premières transformations diagénétiques ? Et (Objectif 2) quelles sont les zones dans les environnements carbonatés actuels qui sont susceptibles de devenir des niveaux aquifères ? Ce projet est articulé autour d'un (i) nouvel appareil expérimental conçu pour simuler les interactions fluide-roche en laboratoire sous température et champ de contrainte en conditions oedométriques tout en mesurant l'évolution des propriétés des sédiments (déformation, perméabilité, vitesses ultrasoniques), et (ii) sur une caractérisation de terrain méticuleuse d'un système sédimentaire carbonaté actuel pour comprendre la distribution spatiale des processus diagénétiques précoces. Les deux objectifs de PREFAB sont très complémentaires, tant il est essentiel d'intégrer des expériences analogiques de laboratoire dans un cadre géologique contraint pour la validation et la mise à l'échelle des résultats. En soumettant une large gamme de sédiments carbonatés à des fluides de diverses compositions chimiques en laboratoire (O1), et en combinant cette approche avec des observations à plus grande échelle (O2); il sera possible d'investiguer la diagenèse précoce d'un point de vue physique et géologique.

Carbonate rocks are of high interest regarding sustainable energies (geothermal, water resources) and climate change mitigation (greenhouse gas sequestration, waste storage). The PREFAB project will develop an acute understanding of early diagenesis and its precursor role on aquifer creation and preservation in carbonate rocks. The project will provide a thorough understanding on the crucial and deterministic factors conditioning the creation of well-developed porous and permeable units in carbonate rocks by answering two central questions: (Objective 1) what are the roles of the initial sediment mineralogy and fluid chemistry on early diagenetic transformations? And (Objective 2) what are the areas in current carbonate environments that are prone to become potential aquifers? This project is founded on (i) a new apparatus designed to simulate fluid-rock interactions in the laboratory under temperature and stressfield in oedometric conditions while measuring sediment properties evolution (deformation, permeability, ultrasonic velocities), and (ii) on a meticulous field characterization of a modern-day carbonate sediment to understand the spatial partitioning of early diagenetic processes. The two objectives of PREFAB are highly complementary, as it is essential to integrate analog experiments within a constrained geological framework for experimental parameters dependency, validation and upscaling significance of laboratory observations. By subjecting a wide range of carbonate sediments to fluids of various chemical compositions in the laboratory (O1), and combining this approach with observations at a greater scale (O2); it will be possible to perceive early diagenesis with a physical and geological perspective.