Doctorat : Processus redox dans les systèmes salins hydrothermaux pour la compréhension des mécanismes

Sujet de thèse :
Parmi les processus géochimiques responsables de la production d’hydrogène naturel, la serpentinisation est une réaction chimique qui résulte de l'interaction, dans le sous-sol, entre une roche mantellique de type péridotite et une solution hydrothermale. L'hydratation des minéraux anhydres de la roche augmente la salinité de la solution interstitielle et s'accompagne d'une oxydation anoxique du fer ferreux constitutif de la roche par réduction de l'eau en dihydrogène.
Bien que les processus redox soient au cœur de la réaction de serpentinisation, ils restent mal décrits dans un contexte hydrothermal, c'est-à-dire dans des conditions de forte salinité, de l’ordre de plusieurs centaines de grammes par litre, de température avoisinant les 250°C et de pression supérieure à 100 bars. De plus, leur caractérisation expérimentale est un verrou scientifique et technique.
L'objectif principal du projet de thèse est de développer une méthodologie pour caractériser l'état redox et la dynamique des systèmes salins chauds, comme ceux rencontrés dans la partie occidentale de la structure pyrénéenne. Deux actions principales sont envisagées pour atteindre cet objectif :
1) Mise en œuvre et modélisation des processus d’interaction impliquant les couples redox Fe(III)/Fe(II) et H2O/H2 dans des saumures aqueuses synthétiques simplifiées qui imitent les saumures hydrothermales du bassin aquitain,

2) Application à des expériences de génération de H2 par serpentinisation de roche naturelle.
La mise en œuvre et la modélisation des processus d’interaction sera réalisée au BRGM qui dispose i) du matériel et de l'expertise nécessaires pour réaliser les expériences et assurer, par électrochimie, un suivi cinétique operando des réactions redox, et ii) des outils de modélisation géochimique et de l’expertise pour dimensionner les essais et interpréter les résultats obtenus. Pour ce faire, le BRGM dispose de réacteurs hydrothermaux équipés de sondes tout-solide robustes pour la mesure operando des paramètres physico-chimiques et de canules de prélèvement pour échantillonner les fluides, et le cas échéant, les solides pour des analyses chimiques (mesure de spéciation des éléments redox, caractérisation physico-chimiques des soldes par DRX et spectroscopie Raman). Le BRGM dispose aussi du code de calcul géochimique PhreeSCALE, développé en interne, pour décrire les propriétés chimiques des saumures et les équilibres minéraux-saumure jusqu'à des salinités élevées de plusieurs centaines de grammes par litre, et des températures et pressions représentatives des conditions hydrothermales.
La mise œuvre d’expériences à partir de roche naturelle sera réalisée à l'ISTO qui dispose de l’expertise nécessaire à la réalisation d’essais d’interactions eau-roche grâce à une gamme complète d'autoclaves et à la caractérisation physico-chimique des fluides et des solides. En particulier, l'ISTO possède deux autoclaves d'é
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