Stage M2 : modélisation à l'échelle des pores de l'écoulement CO2-saumure

Le stockage géologique du CO2 est l'un des leviers identifiés pour atténuer le changement climatique. Parmi les formations envisagées, les aquifères salins profonds, aux côtés des réservoirs d'hydrocarbures épuisés, constituent des cibles majeures en raison de leur large répartition géographique et de leur potentiel de stockage. Garantir l'efficacité et la sûreté de ce stockage suppose de prédire de manière fiable l'écoulement CO2-saumure dans la roche, et ce pour des régimes d'écoulement (dominés par la capillarité ou par les forces visqueuses) et des états thermodynamiques très variés.

À l'échelle du réservoir, cet écoulement est décrit par des lois effectives (perméabilités relatives, pressions capillaires) généralement mesurées en laboratoire dans un nombre limité de conditions. La modélisation à l'échelle des pores permet de dériver ces lois à partir de principes physiques fondamentaux, en résolvant explicitement les interfaces entre fluides dans la géométrie réelle du milieu poreux. Elle offre ainsi un moyen de comprendre l'origine de ces lois effectives et d'explorer des conditions difficiles à atteindre expérimentalement.

Objectifs du stage

Le stage vise à explorer et comparer des approches de modélisation de l'écoulement CO2-saumure à l'échelle des pores:

• les modèles de réseaux de pores (Pore Network Models, PNM), qui représentent l'espace poreux par un réseau simplifié de pores et de liens et permettent de simuler des échantillons représentatifs à faible coût;
• la simulation numérique directe (DNS) des équations de Navier-Stokes diphasiques, qui résout l'écoulement dans la géométrie réelle des pores et sert de référence pour les hypothèses des PNM.

Le ou la stagiaire pourra notamment:

• réaliser une étude bibliographique sur la modélisation des écoulements diphasiques en milieu poreux;
• mettre en œuvre des simulations PNM et DNS sur des géométries simples puis sur des géométries de roches réelles;
• étudier l'influence du régime d'écoulement et des propriétés des fluides sur les lois effectives obtenues;
• comparer les deux approches et discuter de leurs domaines de validité.

Environnement

Le stage se déroulera au sein de l'équipe Géotechnique du laboratoire Navier (École nationale des ponts et chaussées, Université Gustave Eiffel, CNRS), à Champs-sur-Marne.

Encadrement : Ana Loyola et Philipp Braun.

Profil recherché Étudiant·e en Master 2 ou en dernière année d'école d'ingénieur, en mécanique des fluides, mécanique, génie civil, géosciences, génie pétrolier ou mathématiques appliquées.

• Bases solides en mécanique des fluides et/ou en milieux poreux
• Intérêt pour la modélisation numérique et pour programmation (Python, C++)
• Autonomie, curiosité scientifique
• Anglais scientifique

Conditions
Durée : 6 mois
Gratification : 680-700 euros nets/mois

Poursuite en thèse Ce stage pourra déboucher sur une thèse de doctorat dans la continuité du sujet (sous réserve de financement).

Candidature Envoyer un CV et les relevés de notes à Ana Loyola : ana.loyola@enpc.fr