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Dynamique des géosystèmes, ressources et impacts environnementaux
Animateurs du thème : Julie ALBARIC et Pierre TRAP
1. Présentation générale du thème – Problématique générale
Les travaux du groupe portent sur la dynamique des géosystèmes, sur les échanges physico-chimiques, les déformations et transformations minéralogiques se produisant dans ces milieux et à leurs interfaces. Ils s’articulent autour d’une thématique commune, les interactions fluides-roches et concourent à une vision dynamique multi-échelle : depuis la compréhension des mécanismes opérants de l’échelle du minéral jusqu’à celle du réservoir, de l’étude de la circulation des fluides en profondeur et de leurs impacts sur la déformation crustale depuis les phénomènes rapides (secondes, jours ou années) jusqu’aux phénomènes lents (Ka, Ma). Les problématiques de recherche du groupe visent à répondre aux enjeux environnementaux actuels et futurs, notamment au travers de l’étude des géoressources, pour en assurer le suivi et contribuer à leur gestion durable et résiliente. GEODE est fortement impliqué dans la formation par la recherche, en association avec le département de Géosciences, dans le cadre de la Licence et du Master de Géologie, et du Cursus Master en Ingénierie. En outre, le mode de formation du Master 3G par apprentissage permet de maintenir une collaboration étroite avec les entreprises, favorisant une activité de recherche et développement partenariale. Le Master 3G appartient en outre à la Graduate School TRANSBIO.
2. Structuration et projet scientifique à 5 ans
Le thème GEODE est structuré selon deux axes de recherche principaux, correspondant à l’ancrage scientifique du groupe et portant sur les interactions fluides-roches dans la Zone Critique et au sein de la lithosphère (Dynamique de la Zone Critique et Dynamique lithosphérique). Un troisième axe, GEODE transversal, vise à mieux comprendre les couplages et transferts entre les enveloppes très superficielles et profondes de la Terre. C’est un projet qui mobilise les forces et les compétences spécifiques de l’ensemble des membres du groupe afin de répondre aux problématiques environnementales liées aux ressources naturelles (eau, gaz, métaux) et aux impacts associés à leur exploitation (contamination des nappes, sismicité induite...). Ces travaux de recherche s’inscrivent dans les thématiques France 2030 Production d’énergie décarbonée, Décarbonation et hydrogène et Métaux critiques durables ainsi que dans les PEPR Sous-sol, OneWater et FairCarbon.
3. Approches : outils et méthodes
Le groupe GEODE s’appuie sur une compétence forte dans l’analyse et la métrologie de terrain de l’échelle centimétrique à pluri-kilométrique, avec un effort particulier pour évaluer conjointement les caractères physiques et chimiques des objets étudiés. Les observations/mesures de terrain comprennent la géologie structurale, la géophysique (sismique passive, tomographie électrique), l’hydrogéologie, la pétrographie, la pédologie. En laboratoire, les recherches du groupe s’appuient principalement sur l’observation microscopique, l’analyse pétrologique, géochimique, pétrophysique des roches (PEA²t), et la minéralogie des argiles. Les recherches bénéficient aussi d’une approche expérimentale menée sur des échantillons naturels et analogues. Une unité technique dédiée à l’analyse du comportement mécanique des roches et des sols en présence de fluides est en cours de développement au sein de la plateforme PEA²t.
L’objectif est aussi de renforcer ce groupe avec une approche innovante alliant modélisation (thermodynamique, écoulement en milieu fissuré) et études expérimentales. Ces outils permettent de quantifier les processus physico-chimiques induits par les interactions fluides-roche, les mécanismes de transfert de chaleur et de matières. Enfin, GEODE s’investit dans le développement d’outils intégrés (capteurs environnementaux) et de méthodes de monitoring adaptables à des conditions environnementales extrêmes (zones polaires et volcaniques, instabilités gravitaires, milieux souterrains).
4. Terrains d’étude
Les chantiers de GEODE sont localisés sur le territoire national et international : Jura, Alpes, Auvergne, Guyane, Massif Central, Montagne Noire, Massif Vosgien, Forêt Noire, côtes et îles bretonnes, Nouvelle-Calédonie, Etats-Unis (Golfe de Californie, Colorado), Arctique, Afrique (Cameroun, Sénégal, Tanzanie), Japon, Russie (Kola).
Cet axe est dédié à l’étude des échanges physico-chimiques aux interfaces hydrosphère - biosphère - atmosphère. Les activités et projets de recherche associés portent essentiellement sur les sols et hydrosystèmes actuels et anciens, et sur la mesure des pressions anthropiques qu’ils subissent au cours du temps.
La déformation des roches, classiquement traitée d’un point de vue mécanique et physique (par ex. contraintes, frictions), est fortement influencée par les processus chimiques (interactions fluides-roches, réactions minéralogiques et transferts de matière) qui jouent un rôle fondamental dans la dynamique crustale et lithosphérique. Dans cet axe 2, le groupe GEODE ambitionne de quantifier et de modéliser les paramètres et les processus fondamentaux contrôlant les interactions fluide-roche de l’échelle du nanomètre au centimètre.
Les recherches fondamentales développées dans les deux axes se déclinent dans un axe transversal qui vise à mieux quantifier les ressources (eaux, métaux et minéraux, énergie décarbonée) et usages du sous-sol dans la transition énergétique.
