Regalor recrute un post-doctorant de 2 ans en géomécanique – tectonophysique

Contexte de l’étude

L’exploitation du gaz de charbon en Lorraine, telle qu’elle est envisagée par la Française de l’Énergie, nécessitera l’installation de plusieurs dizaines de puits de production. Elle pourrait, de ce fait, être la source de différents impacts négatifs pour l’homme et l’environnement. L’étude de Bonijoly, Didier & Fabriol (2013) conclue en particulier à la possibilité d’occurrence de phénomènes de subsidence et de sismicité induite en conséquence du pompage de l’eau et du gaz du sous-sol. Réciproquement, ces effets mécaniques peuvent avoir une influence sur la stabilité et donc sur la productivité des forages. En effet :

• La subsidence en surface peut résulter de la compaction, en profondeur, des couches dont les fluides sont extraits. Elle ne pose toutefois pas de problème si elle est d’amplitude modérée (quelques millimètres à centimètres), répartie sur de larges zones et continue dans le temps ;
• La sismicité induite peut résulter des modifications de l’état de contrainte dans le massif, s’accompagnant éventuellement de la réactivation des failles préexistantes. Celle-ci peut être problématique si elle est de forte magnitude et/ou répétée dans le temps.

Il existe de nombreux exemples dans la littérature de telles conséquences mécaniques de l’exploitation de ressources gazières du sous-sol (e.g. papier de review de Van Thienen-Visser & Fokker, 2017).

Problématique et objectif

Pour l’instant, l’analyse de criticité des risques de subsidence et de sismicité induite s’est basée sur une étude bibliographique, mais aucune étude spécifique et quantitative n’a été réalisée sur les zones cibles d’exploitation du gaz de charbon, alors que le bassin houiller lorrain a connu des phénomènes de subsidence importante lors de l’exploitation minière conventionnelle (Al Heib et al., 2005) et qu’il comporte des failles importantes héritées de la phase hercynienne (Donsimoni, 1981). Si elles devaient survenir de manière significative, la subsidence et la sismicité pourraient compromettre la faisabilité technique de l’exploitation et auraient également une influence négative sur l’acceptation sociale du projet.L’objectif du post-doc sera d’évaluer la magnitude de la subsidence et de la sismicité afin d’évaluer le risque associé (en considérant donc aussi la probabilité d’occurrence et les enjeux). Pour cela, on mettra en œuvre une modélisation numérique géomécanique 3D des zones dans lesquelles l’exploitation est envisagée, en prenant en compte la présence de terrains compressibles et de failles découpant le gisement houiller en blocs structuraux distincts, en restituant l’état de contrainte initial à partir de toutes les données disponibles et en y simulant l’effet du pompage de l’eau et du gaz dans la couche de charbon. In fine, le post-doc permettra ainsi d’optimiser l’exploitation afin de limiter les risques induits.

Méthodologie et jalons

• Bibliographie générale sur la subsidence et la sismicité induite par la déplétion de réservoirs gaziers et sur les éventuelles modélisations numériques qui en rendent compte, afin de déterminer les amplitudes possibles de ces phénomènes ;
• Réalisation d’un géomodèle 3D simplifié du gisement à partir de toutes les données déjà disponibles (coupes sismiques, données de forage, etc.), par exemple avec le logiciel de géomodélisation GoCad, en vue de créer un maillage qui servira à la modélisation géomécanique ;
• Synthèse des connaissances sur l’état de contrainte initial dans le bassin houiller à partir des mesures réalisées dans les mines et des données disponibles plus largement dans l’Est du bassin de Paris (auprès de l’Andra, par exemple) et de celles obtenues plus localement au moyen d’analyses microtectoniques (V. Privalov et al., 2015);
• Initialisation des contraintes dans le modèle numérique ;
• Recherche d’une loi de comportement adaptée pour décrire, à grande échelle, le comportement du charbon, des terrains sous-jacents et des terrains de couverture à partir des caractérisations mécaniques prévues et des modélisations déjà réalisées pour les exploitations minières. Détermination des plages de variation des paramètres des lois de comportement ;
• Détermination de l’amplitude de la subsidence et de la magnitude de la sismicité induite éventuelle, en tant qu’aléa, au moyen d’une modélisation géomécanique avec Flac3d ou 3dec. Détermination des densités de probabilité de l’amplitude et de la magnitude par une approche de type Monte-Carlo ;
• Croisement des aléas avec les enjeux (zones habitées, forages de production eux-mêmes, etc.) afin de réaliser une carte de risques.

Missions

• Evaluer la magnitude de la subsidence et de la sismicité potentiellement associés à l’exploitation du gaz de charbon en Lorraine, afin d’évaluer le risque associé (en considérant donc aussi la probabilité d’occurrence et les enjeux)
• Mettre en œuvre une modélisation numérique géomécanique 3D des zones dans lesquelles l’exploitation est envisagée, en prenant en compte la présence de terrains compressibles et de failles découpant le gisement houiller en blocs structuraux distincts, en restituant l’état de contrainte initial à partir de toutes les données disponibles et en y simulant l’effet du pompage de l’eau et du gaz dans la couche de charbon
• Publier ses résultats scientifiques dans des journaux de rang A

L’offre complète : http://www.univ-lorraine.fr/sites/www.univ-lorraine.fr/files/field/file/2020/01/fdp_postdoc_regalor-1.pdf#overlay-context=content/recrutements-ul-et-concours

Candidature à envoyer à Yann Gunzburger & Marianne Conin