Approche par endommagement gradué pour la modélisation de zones fracturées dans le sous-sol

Le sujet de thèse s’inscrit dans le projet « Digital Earth » du PEPR (Programmes et équipements prioritaires de recherche) exploratoire « Sous-sol – Bien Commun » , qui regroupe Laboratoires universitaires et Centres de Recherche. Il a pour objectif l’amélioration de la connaissance de la physique des phénomènes couplés dans le sous-sol, et en particulier de la modélisation de la fracturation des roches. Le défi consiste à développer une plateforme Digital Earth unique qui donne accès à une connaissance quantitative commune du sous-sol sous la forme de compétences et d'un ensemble numérique associé de données, de modèles, d'outils et de flux de travail cohérents.
Dans ce contexte, la capture et la séquestration du CO2 (CCS) est une partie importante de la stratégie qui vise à réduire l'impact des activités humaines sur les changements climatiques . En particulier, la modélisation géomécanique des sites de stockage de CO2 est l’outil incontournable pour la gestion des risques mécaniques associés au CCS, et notamment de leur intégrité, qui passe par une description de la fracturation diffuse des roches.
Une approche novatrice dite « endommagement gradué » a été développée pour décrire l’initiation et la propagation de défauts dans les matériaux quasi-fragiles sous sollicitations mécaniques . Il s’agit d’une modélisation à gradient par front d’endommagement épais dans laquelle on introduit des conditions de type non-local en complément d’une loi de comportement locale. Dans le cadre de cette thèse, nous souhaitons étendre cette méthode à la description de l’endommagement des milieux poreux sous sollicitations hydromécaniques avec rétroaction progressive à la fois sur la perméabilité et sur les propriétés mécaniques des roches fracturées. La méthode sera implémentée dans Code_Aster, un code aux éléments finis libre sous licence GPL qui est utilisé actuellement à IFPEN dans les couplages thermo-hydro-mécaniques, avec une architecture parallèle adaptée au calcul haute performance. Le code sera utilisé pour une étude de screening CCS.
Ce travail de thèse, à la frontière entre les Sciences de la terre et la Mécanique, constituera une nette avancée dans le domaine de la modélisation multi-physique du sous-sol et contribuera à une meilleure compréhension des mécanismes de fracturation dans les milieux naturels.

Mots clefs: Stockage CO2, CCS, éléments finis, mécanique des milieux continus, géomécanique, fracturation, plasticité, endommagement, couplage hydromécanique, calcul haute performance, HPC.

• Directeurs de thèse    Dr Laurent CANGEMI, IFPEN, ORCID : 0000-0002-8400-0651 &  Prof. Nunziante VALOROSO, Université Naples, Italie, ORCID : 0000-0001-8830-1964
• Ecole doctorale    ED579 - SMEMAG, Université Paris-Saclay
• Encadrants IFPEN    Dr Daniele COLOMBO, ORCID : 0000-0001-7249-9486 & Dr Jérémy FREY, ORCID : 0000-0001-6302-0592
• Localisation du doctorant    IFPEN, Rueil-Malmaison, France
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2024 (4 novembre)
• Employeur    IFPEN
• Qualifications    Master ou école d’ingénieur en mécanique ou génie civil
• Connaissances linguistique    Anglais niveau B2 (CECR)    
• Autres qualifications    Bonne connaissance de la mécanique des milieux continus, de la méthode aux éléments finis et des langages de programmation Python et Fortran. Connaissances en C++ appréciées.

Pour postuler, merci d’envoyer votre lettre de motivation et votre CV à l’encadrant IFPEN indiqué ci-dessous.