Caractérisation multi-échelles des hétérogénéités des calcaires de Beauce pour la modélisation des propriétés de transfert

Multiscale characterisation of Beauce limestones for modelling transfer properties

• Auteur / Autrice : Thibaut Jamey
• Direction : Mohamed Azaroual
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 06/11/2023
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)

Mots clés

Mots clés libres

Carbonates continentaux

Ressources en eau

Diagénèse

Karst

Modélisation 3D

Intelligence artificielle

Continental Limestone

Water resource

Diagenesis

Karst

3D Modelling

Artificial intelligence

Résumé

Cette thèse s'attaque aux problématiques environnementales liées au transfert et au stockage de l'eau et des solutés qu'elle transporte dans le sous-sol. Elle sera centrée autour du site de l'Observatoire de la Zone Non-Saturée (O-ZNS) situé à Villamblain (Région Centre Val de Loire). Malgré l'importance pour la prédiction de l'évolution des ressources en eau (disponibilité et qualité), l'étude du sous-sol se heurte à la difficulté de décrire précisément la répartition spatiale des propriétés contrôlant la dynamique des fluides dans le milieu poreux, altéré, et fracturé. Cette problématique est particulièrement effective dans le cas des Calcaires de Beauce, dont la complexité des formations sédimentaires est exacerbée par l'histoire diagénétique, tectonique, et l'altération karstique. Une étude détaillée est nécessaire pour établir des corrélations robustes entre l'histoire géologique de ce réservoir stratégique et ses propriétés actuelles, pour aider à la construction de modèles prédictifs de la circulation des fluides dans la ZNS. Pour répondre à cet objectif, le projet ce thèse tire parti de la densité d'observations déjà disponible sur le site de l'O-ZNS en l'intégrant dans une démarche originale de modélisation numérique basée sur l'intelligence artificielle. Dans ce contexte, la problématique principale de la thèse est double : (1) comprendre l'origine des hétérogénéités multi-échelles du réseau poreux des Calcaires de Beauce pour mieux contraindre leur répartition spatiale ; (2) comprendre l'impact de ces hétérogénéités sur les circulations et le transport multiphasique au sein de la ZNS. Le travail de thèse proposé sera basé sur l'étude du site de l'O-ZNS avec une approche combinant : (1) une caractérisation géologique fine multi-échelles et (2) la modélisation numérique des hétérogénéités spatiales. Il s'agit d'une approche innovante incorporant connaissances géologiques et intelligence artificielle développée dans le cadre du projet ANR-JCJC MaLISSiA en cours de réalisation par l'équipe encadrante et dont cette thèse fait partie intégrante. Dans cette démarche, une attention particulière sera portée au développement du réseau poreux et en particulier du système karstique.

This Ph.D. thesis addresses environmental issues related to the transfer and storage of water and the elements it carries underground. It will focus on the Observatory of the Non-Saturated Zone (O-ZNS) located at Villamblain (Centre Val de Loire, France). Despite the relevance for the prediction of the evolution of water resources (availability and quality), the study of the near-surface comes up against the difficulty of precisely describing the spatial distribution of the properties controlling the dynamics of fluids in the environment. This problem is particularly pregnant in the case of the Beauce Limestones, whose sedimentary complexity is exacerbated by diagenesis, tectonics, and karstic alteration. A detailed study is necessary to establish robust correlations between the geological history of this formation and its current properties to move towards predictive models of fluid circulations. To meet this objective, this thesis takes advantage of the density of observations available on the site of the Observatory of the Non-Saturated Zone (O-ZNS) by integrating the derived knowledge into an original numerical modelling approach based on artificial intelligence. The proposed work will tackle two mains objectives: (1) understanding the origin of multi-scale heterogeneities of the Beauce Limestones' pore network; (2) understanding their impact on water circulations and multiphasic transfers within the vadose zone. The investigations will approach these questions on the O-ZNS site through: (1) a detailed multi-scale geological characterisation and (2) the numerical modelling of spatial heterogeneities. This aspect of the Ph. D. project will develop as part of the ANR-JCJC MaLISSiA project, which proposes an innovative approach to artificial intelligence that incorporates geological knowledge. In this framework, a particular attention will be payed to the evolution of the pore network and the karstic system.