Maillages duaux contraints pour la simulation de stockage géologique de CO2

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Depuis les concepts scientifiques en recherche fondamentale jusqu’aux solutions technologiques en recherche appliquée, l’innovation est au cœur de son action, articulée autour de quatre orientations stratégiques : climat, environnement et économie circulaire ; énergies renouvelables ; mobilité durable ; hydrocarbures responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition écologique. Partie intégrante d’IFPEN, IFP School, son école d’ingénieurs, prépare les générations futures à relever ces défis.

Maillages duaux contraints pour la simulation de stockage géologique de CO2

Pour parvenir à la neutralité carbone, dans la plupart des scénarios considérés, le GIEC estime incontournable de mettre en œuvre le stockage géologique du CO₂ (GCS). Afin d’étendre nos capacités de stockage de manière importante, le GCS doit faire face à de nouveaux défis en termes de complexité des structures géologiques, de simulation des processus physiques et d’échelles de temps.

Les maillages utilisés pour les simulations de stockage sont cruciaux et conditionnent les schémas numériques qui peuvent être mis en œuvre (simulations mécaniques, d’écoulement des fluides, de température, etc.). En particulier, les maillages duaux de pavages simpliciaux forment une classe de maillages polyédriques qui présentent à la fois de bonnes propriétés géométriques tout en limitant le nombre de cellules, ce qui est un avantage en termes de simulation numérique. Or, tout l’enjeu est de faire apparaitre explicitement les horizons et les failles du modèle géologique dans le maillage support de la simulation, car elles modélisent un changement de milieu et donc de propriétés. Les failles sont généralement un passage privilégié des écoulements, alors que les horizons qui marquent la séparation entre des milieux poreux et imperméables forment une composante essentielle des pièges stratigraphiques recherchés.

De tels travaux se situent à la confluence de nombreux domaines : topologie et modélisation géométrique (les structures de données permettant de représenter les maillages sont ici fondamentales), optimisation (la géométrie des maillages doit être optimisée afin de représenter un pavage ayant des qualités optimales), informatique (la génération de maillages est un enjeu de calcul numérique exigeant, les codes de calculs en C++ doivent donc être développés de manière précise).

Objectifs

Dans leur projet de solution comparative (CSP), la SPE entend comparer les résultats de simulations des participants avec plusieurs expérimentations en laboratoire qui portent sur l’injection d’une solution riche en CO₂ et sa dissolution dans un milieu hétérogène et faillé, représentatif du sous-sol du plateau continental norvégien (voir Figure 1). Dans ce but, le CSP propose trois versions du modèle, dont un volumique.

L’objectif du stage est, dans un premier temps, de générer un maillage simplicial contraint du cas volumique proposé par le CSP. Dans un deuxième temps, le stagiaire proposera une implémentation de l’algorithme de Garimella, Kim et Berndt et l’appliquera au maillage simplicial obtenu précédemment dans le but de générer un maillage polyédrique dual contraint. Enfin, un comparatif quantitatif et qualitatif sera établi entre le maillage simplicial et son dual. Les maillages produits pourront faire l’objet d’une communication et être publiés afin de permettre à la communauté de chercheurs de les utiliser et de les comparer aux maillages structurés déjà disponibles.

Le stage sera réalisé dans les locaux d’IFPEN à Rueil-Malmaison. Un candidat motivé pourra se voir proposer de poursuivre le sujet par une thèse prévue pour démarrer en 2026 dans le cadre du PEPR Sous-sol.

Profil

Le candidat devra :

• posséder un bon niveau en Mathématiques, en particulier dans les domaines de la géométrie et de la topologie, idéalement avec des notions en optimisation,
• connaitre les bases de la programmation orientée objet et être à l’aise en C++,
• avoir un niveau anglais scientifique.