CIFRE ANRT - De la matrice minérale à la formation fracturée : analyse multi-échelle des propriétés pétrophysiques des péridotites serpentinisées de l'ophiolite de Thetford (Canada).

école doctorale

équipe

GRéStock (Axe Matières Premières)

contexte

VEMA Hydrogen est une startup américaine fondée en 2024, spécialisée dans l'« Hydrogène Minéral Ingénieré » (EMH, Engineered Mineral Hydrogen), une méthode conçue pour produire de l'hydrogène à faible impact environnemental et adaptable à la demande du marché. L'EMH consiste à injecter de l'eau et un catalyseur dans des formations rocheuses riches en fer afin d'accélérer les réactions redox géochimiques naturelles et générer du H₂. Cette approche contourne les défis liés à l'exploration de gisements naturels d'hydrogène en ciblant directement les roches sources, comme les roches ultramafiques (péridotites). VEMA Hydrogen installe actuellement un site pilote sur le bloc ophiolitique de la mine de Thetford (TMO), situé dans la chaîne des Appalaches (Québec, Canada). Le suivi des différents puits du site pilote repose sur une compréhension approfondie du contexte géologique local, ainsi que sur l'utilisation de techniques d'imagerie géophysique. Les méthodes employées par VEMA incluent l'acquisition magnétique, la prospection gravimétrique, la sismique passive, le DTS (Distributed Temperature Sensing) et l'ERT (Tomographie de Résistivité Électrique). Ces techniques visent à suivre le mouvement des fluides, la distribution des profils thermiques et la propagation de la zone de réaction au sein de la formation ciblée. Cette zone de réaction est définie par la formation de serpentine, résultant de l'hydratation de la roche déclenchée par les opérations de VEMA. Une analyse complète et détaillée des propriétés pétrophysiques des roches ultramafiques est essentielle pour calibrer les techniques de prospection, alimenter les modèles multiphysiques simulant les opérations de puits, et estimer les réserves totales de la ressource en place. Ces études ont démontré qu'un degré de serpentinisation croissant est associé à une diminution systématique de la densité. Une diminution relative des propriétés élastiques et de vitesse des ondes sismiques (Farough & Karrasch 2019; Chen et al. 2021; Mathur & Mukerji 2025) ainsi qu'une augmentation relative de la susceptibilité magnétique (Bach et al. 2006; Schmitt et al. 2007; Klein et al. 2014; Rezaee 2025) et de la porosité (Hyndman & Drury 1976; Rudge et al. 2010; Diamantis et al. 2014; Balkan et al. 2017; Pappalardo et al. 2024) sont aussi corrélées au degré de serpentinisation. Toutefois ces évolutions sont loin d'être systématiques et ces propriétés sont rarement analysées conjointement sur les mêmes échantillons. De plus, peu de données existent quant aux propriétés thermiques de ces roches (He et al. 2008; Balkan et al. 2017), si bien que seule l'étude de Chibati et al. (2022) propose une approche pétrophysique complète et intégrée de l'effet de la serpentinisation. Une collaboration précédente entre VEMA et GeoRessources de l'Université de Lorraine a permis une caractérisation complète des propriétés pétrophysiques (magnétiques, thermiques, électriques, sismiques, densité, porosité, perméabilité) de 40 péridotites échantillonnées sur plusieurs sites d'Amérique du Nord et présentant différents degrés de serpentinisation. Bien que le degré de serpentinisation soit inversement corrélé aux propriétés acoustiques, électriques et thermiques des roches, il ne suffit pas à lui seul à expliquer toute la variabilité de ces paramètres. La porosité et la minéralogie initiale ont également une influence significative. L'apparition de microfissures semble généralement favorisée par l'altération de la roche (serpentinisation, mais aussi carbonatation ultérieure), mais de nombreux facteurs externes et locaux peuvent également affecter la formation d'un réseau poreux (Anovitz & Cole 2015; Farough & Karrasch 2019; Anovitz et al. 2021). L'interaction entre serpentinisation et porosité, ainsi que leurs impacts sur les propriétés mentionnées, est fondamentale pour modéliser la génération d'hydrogène, aussi bien dans un contexte naturel que dans le cadre de l'EMH.

spécialité

Mécanique - Génie Civil

laboratoire

GeoRessources