Contexte
De multiples applications des géosciences reposent sur la compréhension de phénomènes THM en milieux poreux fracturés. Les failles peuvent notamment jouer le rôle de couloirs de circulation fluide, guidant les transferts de masses et de chaleur. Elles jouent également un rôle essentiel dans les redistributions de contrainte mécanique qui vont-elles-mêmes jouer sur les conditions de circulation.
L’exploitation du sous-sol (géothermie profonde, stockage de CO2…) engendre des surpressions en profondeur qui peuvent aboutir à des réactivations de failles naturelles (et potentiellement à de la sismicité induite) ou porter atteinte à l’intégrité des réservoirs. Par ailleurs, les redistributions de contrainte agissant sur le réseau de failles forment des chemins de circulation préférentielle essentiels à estimer pour suivre la saumure en profondeur et ainsi cibler les ressources naturelles qu’elle peut convoyer (chaleur, précipitation minérale…).
La simulation numérique est devenue un outil essentiel pour aider à la compréhension de ces phénomènes complexes couplant transfert de masse et de chaleur en milieu poreux fracturé, déformation de la matrice rocheuse et déplacements le long de contacts mécaniques (Bonaldi et al 2022)
Entre autres solutions numériques, ComPASS (https://gitlab.com/compass) est un code open-source massivement parallèle initié en 2015 par le LJAD-Inria et le BRGM (Xing et al 2017, Lopez et al 2018, Armandine Les Landes et al 2023, Armandine Les Landes et al 2023). ComPASS simule les écoulements de Darcy multiphasiques multicomposants en conditions non-isothermes dans des maillages polyédriques qui peuvent contenir des interfaces permettant de tenir explicitement compte des discontinuités (failles, fractures) et de leurs interactions physiques avec la matrice.
Description du poste
Le poste a 2 objectifs principaux :
- Implémenter un modèle de mécanique du contact dans le code ComPASS. Ce modèle intégrera des déformations élastiques dans la matrice et des lois de contact frictionnelles dans les fractures. Il sera discrétisé par une formulation mixte avec multiplicateurs de Lagrange constants par face fracture et un schéma nodal polytopal stabilisé par bulle pour le champ de déplacement.
- Coupler ce module mécanique avec le modèle multiphasique non-isotherme déjà implémenté dans ComPASS. Le couplage sera basé sur une méthode de point-fixe itérative qui pourra être accélérée par un algorithme de type Anderson.
Les développements réalisés dans ce post-doctorat seront testés sur géométries simplifiées puis appliqués à une géométrie réaliste en lien avec le projet EARTH-BEAT (modèle structural géologique 3D).
Collaborations
Le poste sera hébergé au BRGM (Orléans) mais sera encadré conjointement avec le Laboratoire de Mathématiques J.A. Dieudonné (LJAD, Université de Côte d’Azur, Nice). Plusieurs séjours au LJAD sont prévus sur la durée du contrat.
Le poste sera intégré au projet ANR EARTH-BEAT, qui regroupe 6 partenaires : 3 universités (Université de Lorraine, Université Côte d’Azur, Université de Clermont Auvergne), 2 établissements publics (BRGM, Mines Paris), et un partenaire privé (ORANO). L’objectif scientifique de ce projet est la compréhension des phénomènes physiques favorisant la précipitation d’uranium en contexte faillé. Une des étapes clé consiste à construire un outil numérique robuste et efficace pour modéliser les effets THM mobilisés dans des contextes faillés de grande échelle.
Profil recherché
- bonne expérience en calcul scientifique / mathématiques appliquées
- maitrise du langage C++ à des fins de calculs parallélisés (MPI). De bonnes capacités en Python seraient un plus
- connaissance des outils de versionnement collaboratifs (git)
- Goût pour le travail collaboratif.
