Département : Sciences de la terre et de l'environnement

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Responsable du département : Damien Goetz

Modélisation numérique de l'invasion
d'une colonne de laboratoire par un gaz traceurn 

Sylvia Beneyto , option Sol et sous-sol GDF Suez. Contact : Sylivia Beneyto
GDF Suez est responsable de la surveillance et de l'entretien des canalisations, et des conséquences d'éventuelles fuites dans le milieu naturel. C'est dans ce contexte de
sûreté industrielle qu'a été initié, en collaboration avec le Centre de Géosciences et le
groupe GINGER CEBTP, un projet dont l'objectif est :
de caractériser la migration du gaz pour différentes configurations de réseaux et pour les types de sols sous-surfaciques rencontrés en milieu urbain ou périurbain;
de valider des approches quantitatives d'évaluation des vitesses de migration et des débits.
En cas de fuite d'une canalisation, le gaz naturel migre dans un milieu complexe non saturé et hétérogène. Si les phénomènes d'écoulement de fluides incompressibles dans le sol non saturé sont bien connus, ceux des fluides compressibles restent encore peu étudiés. Le projet consiste à définir une série d'essais permettant d'appréhender et de quantifier sur site les mécanismes de migration de gaz dans le sol. En complément, des essais en laboratoire sont réalisés pour étudier finement les mécanismes de migration pour des types de sol bien définis. Ces résultats expérimentaux feront l'objet d'un travail de modélisation qui permettra également la qualification de l'outil TAGS développé par GDF Suez.
Le projet a permis de définir et de tester le protocole des essais de laboratoire, et un premier travail de modélisation a été effectué. Il sera poursuivi dans le cadre d'une thèse engagée par GDF Suez au Centre de Géosciences.

Maillage utilisé pour la simulation
d'écoulement dans la colonne.


Évolution de la concentration en gaz traceur dans une colonne de sol.

Les activités de recherche et d'enseignement dans le domaine des Sciences de la Terre et de l'Environnement sont étroitement liées à l'histoire de l'institution: des équipes travaillant sur ces sujets ont été présentes dès la création des centres de recherche en 1967. Après deux décennies durant lesquelles les questions relatives à l'exploitation des matières premières minérales ou des combustibles fossiles étaient passées au second plan, loin derrière les préoccupations environnementales, les différents aspects de l'exploitation du sous-sol connaissent aujourd'hui un réel regain d'intérêt, motivé par l'évolution des cours des différentes matières premières, et à plus long terme, par la question de l'approvisionnement et de la durabilité du développement de nos sociétés.
L'organisation de ce domaine à MINES ParisTech repose sur le Centre de géosciences et une équipe qui conduit des actions de formation, l'Institut supérieur en ingénierie et gestion de l'environnement (ISIGE).

Le Centre de géosciences est organisé en deux groupes de recherche, Géosystèmes et Hydro-géo-ingénierie. Le premier étudie la caractérisation, la compréhension, la modélisation et la simulation des objets géologiques; il est subdivisé en trois équipes: Géologie (animée par Isabelle Cojan ), Géophysique ( Hervé Chauris ) et Géostatistique (Jean-Paul Chilès). Le second s'intéresse au comportement des objets géologiques soumis à une sollicitation extérieure; il est également subdivisé en trois équipes: Systèmes hydrologiques et réservoirs ( Patrick Goblet ), Hydrodynamique et réactions ( Vincent Lagneau ) et Géologie de l'ingénieur et géomécanique ( Hedi Sellami ).
L'ISIGE propose des formations tournées vers des problématiques environnemen­tales : les mastères spécialisés en Ingénierie et gestion de l'environnement, et l'International Advanced Master in Environmental Management, ce dernier en collaboration avec l'INSA de Lyon et l'université de Tsinghua en Chine.
Enfin, le Service informatique de Fontainebleau ( Charles Wazana ) assure la maintenance et la gestion informatique de l'ensemble du réseau de l'implantation bellifontaine de l'École.

Calibration des paramètres hydrodynamiques des hydrosystèmes continentaux
par inversion de données piézométriques

Marc Lotteau, option Géosciences. Contact : Nicolas Flipo

Le Centre de Géosciences dispose d'outils simulant des processus hydrauliques, hydrologiques et hydrogéologiques adaptés à la modélisation des hydrosystèmes continentaux à différentes échelles spatio-temporelles. Une plate-forme de modélisation, EauDyssée, basée sur une approche multi-processus multi-échelle, est actuellement développée.
En 2010, une attention particulière a été portée à la calibration de ces modèles complexes (détermination d'un jeu de paramètres conceptuels permettant de simuler les variables d'état du système comme des hauteurs d'eau ou des flux d'eau), et plus particulièrement sur une méthodologie de calibration des modèles intégrés de bassins versants qui simulent les flux hydriques à la surface du sol ainsi que les flux souterrains. Une méthode originale d'inversion des données piézométriques (détermination des paramètres hydrodynamiques du système à partir d'informations sur les niveaux d'eau) pour la simulation des écoulements en nappe souterraine a notamment été développée sur la base de la méthode de l'inversion par estimation des flux successifs. Pour cela le code d'inversion Invpiez a été développé et appliqué au cas de la nappe de Beauce (8500 km²), située entre les bassins de la Loire et de la Seine. Les premiers tests permettent d'estimer un champ de transmissivités correspondant aux propriétés hydrodynamiques de cette nappe (Figure 1). Une autre application est en cours sur le bassin versant de l'Orgeval (100 km², GIS ORACLE) labellisé SOERE et faisant partie de la Zone Atelier Seine, des sites d'études du programme PIREN Seine, et aussi de la Fédération Île de France de Recherche en Environnement (FIRE FR 3020, CNRS/UPMC).

Carte piézométrique de référence servant à l'inversion (A), recharge de l'aquifère estimée en moyenne annuelle (B) et champ de transmissivités inversé (C).

 

Nouvelle localisation des événements d'une crise sismique pré-éruptive
du Piton de la Fournaise (La Réunion)

Philippe Le Bouteiller, option Géosciences-IPGP. Contact : Alexandrine Gesret

Évolution au cours du temps de la profondeur des séismes.

L'éruption de mars 1998 du Piton de la Fournaise a été précédée d'une importante crise sismique. Ces séismes ont généré des ondes qui se sont propagées dans le volcan jusqu'à atteindre un réseau de stations sismologiques déployées en surface par l'Institut de Physique du Globe de Paris. Si l'on suppose un modèle de vitesse de propagation des ondes, l'analyse des temps d'arrivée de ces ondes sismiques aux stations permet de localiser les séismes dans la structure interne du volcan. La localisation montre que leur profondeur augmente au cours du temps pendant les 35 h précédant l'éruption, attestant un transfert de magma depuis 6 km sous le niveau de la mer jusqu'à l'aplomb du volcan. Cette remontée des séismes au cours du temps a constitué un jeu de données idéal pour élaborer et tester un nouvel algorithme de localisation, qui a été développé de manière à être applicable à d'autres jeux de données. La nouvelle formulation a permis de quantifier l'amélioration de la localisation apportée par la prise en compte d'un modèle de vitesse 3D par rapport à un modèle de vitesse 1D. Cette analyse pose également de nouvelles questions scientifiques intéressantes quant à l'interprétation des phénomènes à l'origine des séismes.

 

Formations spécialisées

Administration publique des mines (CESAM)
Responsable: Hugues Accarie , Fontainebleau.
Cycle de formation spécialisée en géostatistique (CFSG)
Responsable: Gaëlle Le Loc'h, Fontainebleau.
Évaluation économique de projets miniers (CESPROMIN)
Responsable: Isabelle Thénevin, Fontainebleau.
Exploitation à ciel ouvert, mines et carrières (CESECO)
Responsable: Jean-Alain Fleurisson , Fontainebleau.
Ingénierie et gestion de l'environnement (ISIGE)
Responsable: Frédérique Vincent , Fontainebleau.
International Advanced Master in Environmental Management
Responsable: Frédérique Vincent , Fontainebleau.

Formations doctorales

Dynamique & ressources des bassins sédimentaires
Responsable: Médard Thiry , Fontainebleau.
Géologie de l'ingénieur
Responsable: Michel Deveughèle, Fontainebleau.
Géostatistique
Responsable: Jacques Rivoirard , Fontainebleau.
Hydrologie et hydrogéologie quantitatives
Responsable: Emmanuel Ledoux , Fontainebleau.
Techniques & économie de l'exploitation du sous-sol
Responsable: Michel Tijani , Fontainebleau.