Modélisation et simulation du sous-sol

Sécuriser les usages du sous-sol pour la transition énergétique

Le sous-sol joue un rôle croissant dans la transition énergétique.


Stockage géologique du CO₂, géothermie profonde, stockage souterrain d’énergie ou exploration de nouvelles ressources comme l’hydrogène naturel reposent sur une meilleure connaissance des formations géologiques et de leur comportement dans le temps.

En quelques chiffres :

• 2,3 TWh de chaleur produits par la géothermie profonde en France en 2024, pour un objectif national de 6 TWh en 2030 — AFPG, La géothermie en France – Étude de filière 2025.
• 4 à 8 millions de tonnes de CO₂ par an en 2030, puis 30 à 50 millions en 2050 : trajectoire française de captage du CO₂, nécessitant le développement d’infrastructures de transport et de stockage — Direction générale des Entreprises, État des lieux et perspectives de déploiement du CCUS en France.

Mieux caractériser et anticiper le comportement du sous-sol

La modélisation du sous-sol permet de représenter et simuler ces systèmes géologiques afin d’évaluer les ressources disponibles, d’anticiper les écoulements de fluides et de sécuriser les conditions d’exploitation et de stockage.

Défis

• caractériser et modéliser les formations géologiques
• simuler les écoulements et transferts dans le sous-sol
• évaluer les risques et les incertitudes
• anticiper les évolutions à long terme des réservoirs
   

IFPEN accompagne les nouveaux usages du sous-sol par ses travaux de modélisation et de simulation, de leur évaluation à leur déploiement. Ils contribuent à sécuriser les projets et à éclairer les choix industriels et publics.

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Éclairer les choix sur les nouveaux usages du sous-sol

Acteur public de recherche, IFPEN développe des connaissances et des capacités de simulation pour évaluer les nouveaux usages du sous-sol et leurs incertitudes. Ses travaux contribuent à éclairer les choix publics et industriels sur le stockage géologique du CO₂, la géothermie ou le stockage souterrain d’énergie.

Des capacités de modélisation au service des nouveaux usages du sous-sol

IFPEN participe aux programmes nationaux de recherche consacrés au sous-sol, notamment au PEPR Sous-sol, avec des projets portant sur la modélisation dynamique et la Terre numérique. Ses travaux permettent de :

• mieux évaluer le comportement à long terme des stockages géologiques, notamment pour le CO₂ 
• comparer et qualifier les outils de simulation, comme dans le benchmark international SPE11, qui compare les performances des simulateurs de stockage géologique du CO₂.

Un socle open source pour la simulation scientifique

IFPEN et le CEA développent conjointement Arcane, plateforme open source de calcul haute performance utilisée comme socle pour plusieurs outils de modélisation en géosciences. Elle permet de développer des simulateurs adaptés aux phénomènes complexes du sous-sol et aux architectures de calcul haute performance.

Parmi les outils développés sur cette base :

• Geoxim → simuler différents scénarios de stockage géologique du CO₂ et les interactions entre fluides et roches ;
• Fraxim → simuler les écoulements dans les milieux fracturés, notamment pour la géothermie profonde ;
• Arcane en open source → mutualiser les développements et faciliter leur utilisation par les organismes de recherche et les universités.

En savoir plus

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Mobiliser une expertise scientifique pour modéliser le sous-sol

IFPEN contribue aux projets Dynamic Modeling et Digital Earth Platform du PEPR exploratoire « Sous-sol, bien commun », consacrés à la modélisation et à la digitalisation du sous-sol. Ses travaux portent notamment sur la représentation des phénomènes couplés et la modélisation de la fracturation des roches.

>> Découvrir la thèse : Approche par endommagement gradué pour la modélisation de zones fracturées dans le sous-sol 

Compétences scientifiques mobilisées

!! noms des Champs disciplinaires à vérifier 
👉cf. actuelle taxonomie surhttps://preprod-ifpen-v2.alpilink.cloud/admin/structure/taxonomy/manage/champ_disciplinaire/overview 

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Géosciences  Modélisation des réservoirs
Mécanique des fluides Mécanique des solides
 Chimie physique Mathématiques et informatique  Calcul de haute performance Géostatistique - Modélisation géologique Géomécanique Pétrophysique et transferts en milieux poreux Méthodes numériques et optimisation

Accéder à toutes les compétences

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Une approche multi-échelle du sous-sol

• Modélisation des transferts dans les milieux poreux, de l’échelle du pore à celle du réservoir
• Prise en compte des interactions biogéochimiques entre fluides, roches et micro-organismes
• Modélisation des failles et de la fracturation des roches
• Couplage des phénomènes physiques, chimiques et mécaniques pour représenter le comportement du sous-sol

Pour en savoir plus 

De l’exploration à la modélisation de l'hydrogène naturel et du lithium géothermal

Transfert dans les milieux poreux du sous-sol : pour une modélisation multi-échelle

Mieux comprendre la réactivité biogéochimique du sous-sol

La modélisation du sous-sol, étape essentielle pour la transition énergétique

Infrastructures et plateformes 

• Micromodèles et dispositifs de coreflood pour l’expérimentation sur les écoulements en milieux poreux
• Réacteurs haute pression pour reproduire les conditions de température et de pression du sous-sol
• Moyens de caractérisation et d’imagerie 3D pour observer la structure et l’évolution des roches
• Plateforme open source Arcane, codéveloppée avec le CEA-DAM, pour le calcul haute performance et la simulation numérique

Accéder aux infrastructures