ACTUALITÉS

Atelier international sur les frontières de connaissance dans des hydrogéosystèmes non saturés en eau: dynamique des interfaces, hétérogénéités et couplages

O-ZNS, un observatoire de terrain pour agréger les réflexions transversales, les couplages entre les processus et le dialogue interdisciplinaire

La compréhension du comportement de la zone critique (CZ) en réponse aux changements globaux nécessite l’intégration des cycles géologiques, géochimiques et biologiques et de leurs couplages à des échelles spatio-temporelles différentes et pertinentes. La plateforme O-ZNS (Observatoire de la zone Vadoze (VZ) de l’aquifère carbonaté de Beauce) fait partie du programme régional PIVOTS (Plateformes d’innovation pour la valorisation et l’optimisation des technologies environnementales: https://plateformes-pivots.eu/), dont l’objectif principal est de comprendre les mécanismes de transfert de masse et de chaleur et le devenir des polluants dans les compartiments de la zone critique. L’observatoire O-ZNS consiste en un puits de prospection sur toute l’épaisseur de la VZ jusqu’à la nappe phréatique, avec un diamètre fini de ~ 4 m et une profondeur de ~ 20 m. Le site est situé en Beauce, dans une formation carbonée hétérogène, avec une séquence typique (de haut en bas): sol / calcaire cryoturbé / marne calcaire / calcaire micritique fracturé. Le puits sera équipé d’outils de surveillance environnementale, d’imagerie du sol et du sous-sol afin de comprendre les phénomènes de transport réactif et les échanges de masse et de chaleur entre phases (eau – roche – gaz) tout au long du continuum «Sol – Zone non saturée – Frange capillaire – Aquifère .

Les acquisitions sur le terrain de cibles de données environnementales à long terme sont cruciales pour identifier les empreintes digitales de processus physiques et physico-chimiques et microbiologiques complexes et couplés ainsi que leur rôle dans la fixation, la dégradation et/ou le transfert de polluants dans la ZV. Cela nécessite évidemment des compétences multidisciplinaires, des méthodes complémentaires et des interprétations conjointes de résultats ainsi que des approches théoriques renouvelées. Le développement de la plateforme O-ZNS vise à construire un partenariat large et durable (académique, industriel, agences étatiques, etc.), à l’échelle nationale et internationale, de manière collaborative garantissant la continuité entre la recherche académique, les besoins industriels et les formation académique de jeunes ingénieurs et chercheurs.

Au-delà de l’équipement lui-même, O-ZNS vise également à devenir un lieu de discussion des enjeux scientifiques liés aux milieux géologiques insaturés. Celui-ci peut être soit développé naturellement dans les compartiments CZ, soit créé à des fins industrielles à différentes profondeurs dans le sous-sol pour le stockage de CO₂ et de vecteurs énergétiques et l’extraction de substances énergétiques non mouillantes où les interfaces actives entre les phases jouent un rôle clé dans la masse et l’énergie, échanges induisant d’importantes évolutions pétrophysiques des réservoirs ciblés et des structures géologiques.

OBJECTIFS

L’atelier vise à rassembler des scientifiques de haut niveau, à partager leurs points de vue, méthodologies, certitudes et questions ouvertes, dans une approche pluridisciplinaire et transversale pour aborder des problèmes complexes. Les échanges s’organisent autour de la compréhension mécaniste et de la phénoménologie spatialisée du transport réactif multiphasique au sein d’hydrosystèmes insaturés impactés par les changements globaux et les activités humaines, tout comme la zone critique, les aquifères appauvris, les souterrains profonds ciblés pour les déchets nucléaires, les stockages d’énergie et de CO₂ et les problèmes environnementaux associés.

Les hydrosystèmes insaturés expriment une multiplicité de problèmes couplés qui peuvent être abordés par un large éventail de scientifiques provenant de communautés et d’horizons divers: géologues, hydrogéophysistes, spécialistes des sols et sédimentaires, y compris ceux qui se sont tournés vers la structure des réservoirs et la pétrophysique, les roches carbonatées et le karst. sciences, géochimistes théoriques – expérimentaux sur le terrain, chimistes physiques des systèmes naturels, scientifiques en mécanique des fluides, spécialistes de la cartographie géoréférencée et des systèmes d’information, géostatistique appliquée à l’évaluation des risques environnementaux et aux cartes de vulnérabilité, et domaines géoscientifiques associés.

Au-delà des thèmes scientifiques, un aspect clé de l’atelier est le débat sur l’échelle (des roches de couverture et des réservoirs de géosystèmes profonds aux micro-modèles de l’approche émergente Lab-on-a-Chip), avec les problèmes familiers de montée en gamme identifier les surfaces critiques pour les échanges de masse / chaleur avec les processus électrocinétiques et électrochimiques associés. L’atelier réunira des scientifiques et des ingénieurs de laboratoires universitaires, avec des spécialistes issus des groupes de R&D de l’industrie, confrontés à travers différentes voies, pratiques à la pression anthropique et globale du changement sur les ressources naturelles et aux problèmes écologiques induits.

ORGANISATION

The workshop is organized over two days as an open debate and free brainstorming among the participants, informal but intense and highly focused. To do this, the agenda of these two days (June 27 and 28) is structured as follows.

1. the 1^st day is focused on two main themes, with some dense lectures (10-15 mn) guiding the brainstorming of the group. Each lecturer has in charge the animation of a further dynamic stimulating very open and participative debate (20-30 mn) sharing and pushing deeply the thinking and questions emerging from the audience. At the end of each theme of discussions, a general synthesis and output will be lively elaborated to capitalize and mutualize new outcomes to progress in the shared steps of constructive discussions.
2. the 2^nd day, four round tables would have in charge of an extended and deepening exploitation of the challenges collected on the 1^st day, re-expressed within the real context of O_ZNS and open perspectives. The workshop will come to the end with a final synthesis of the exchanges outcomes during the last half-day.

During these two scientific days of the workshop, each participant may propose a focused pitch of 3-5 minutes to contribute to the open debate and to stimulate the group brainstorming.

PUBLIC

Academics, Industrials, The people in-between

ORGANISATEURS

• Dr Mohamed Azaroual, Earth Sciences Institute of Orléans (ISTO) / University of Orléans, CNRS, French Geological Survey (BRGM) – FR
• Prof. Lionel Mercury, Earth Sciences Institute of Orléans (ISTO) / University of Orléans, CNRS, French Geological Survey (BRGM) – FR

COMITE SCIENTIFIQUE

• Dr Mohamed Azaroual, ISTO / University of Orléans, CNRS, BRGM – FR
• Prof. Lionel Mercury, ISTO / University of Orléans, CNRS, BRGM – FR
• Dr Christophe Tournassat, ISTO / University of Orléans, CNRS, BRGM – FR
• Dr Pierre Toulhoat, BRGM – FR
• Dr Susan Hubbard, LBNL – US
• Dr Yuxin Wu, LBNL – US
• Dr Nathalie Dörfliger, BRGM – FR
• Dr Gilles Grandjean, BRGM – FR
• Dr Dani Or, ETH Zurich – CH
• Dr André Revil, ISTerre – FR
• Dr François Robida, BRGM – FR
• Dr Charles Gumiaux, ISTO / University of Orléans, CNRS, BRGM – FR
• Dr Benoit Noetinger, IFP EN – FR
• Dr Renaud Toussaint, IPGS – FR

INFORMATIONS PRATIQUES

• List of recommended Hotels in Orléans
• List of recommended Restaurants in Orléans

PROGRAMME PRELIMINAIRE

THURSDAY JUNE 27TH 2019

THEME 1: THE “FOUNDING STONES” – EACH CONFERENCE IS FOLLOWED BY 3 FOCUSED PITCHS

• 09:00    Dr Mohamed Azaroual – Renewing conceptualization combining laboratory and fields, measurements and modelling, nm- to km-scales: the DNA of O_ZNS platform
• 09:45    Prof. Lionel Mercury – Critical interfaces as localized gradients & downward fluxes as dissipative flows: tracking the ‘homogenization’ of the energy and mass transfers
• 10:30    Dr Dani Or – Beyond additivities of phenomena at all scales: the synergistic and cooperative processes between thermal, chemical, mechanical, biological compartments
• 11:15    Break​
• 11:30    Dr Pierre Toulhoat – Mechanistic-local vs. spatialized-distributed representations, geochemical vs.geophysical signatures, fields vs. labs: how to read deeply the nature?
• 12:15    Dr Yuxin Wu – Specificities of mesoscale: what are the relevant tools and relevant workflows to link laboratory & fields?

General synthesis of the highlights and the main outcomes.

​THEME 2: THE GEOSCIENCES CHALLENGES AND COUPLED/UNCOUPLED PROCESSES – EACH CONFERENCE IS FOLLOWED BY 3 FOCUSED PITCHS

• 14:00    Dr André Revil – Couplings coefficients in geophysics: a tool toward quantification and a mine of second order information for understanding key mechanisms. What are the interdisciplinary bridges?
• 14:45    Dr Benoit Noetinger – A critical review of upscaling-downscaling procedures from geosciences perspective = mean-field petrophysic properties, heterogeneities. What are the relevant scales to capture meaningful signal?
• 15:30    Dr Mohamed Azaroual – Bridging the partial derivative equations of flow, with the algebraic formulations of thermo-kinetic approaches = key mechanisms to capture, recent advancements and perspectives
• 16:15    Break
• 16:30    Dr Renaud Toussaint – Imagery, scaling and heterogeneities = looking for the key sizes of the attainable parameters, or for the key parameters at the relevant integration scales
• 17:15    Prof. Lionel Mercury – Geological Lab-on-a-Chip (GLoC) and the analogy problem in Earth Sciences = validating and/or guiding new modelling schemes and coupling levels

General synthesis of the highlights and the main outcomes.

FRIDAY JUNE 28TH 2019

ROUND TABLE 1

• 08:30    Dr Nathalie Dörfliger, Dr Jean Borgomano, Dr Emmanuelle Poli (tbc) – Static structures – dynamic properties relationships
  Karst developments, porous/fractured & dual media
  Petrophysic properties of the carbonate rocks
  Conceptualizing the mass flows and numerical models
  Hosts vs. guests or Container vs. Content – key scientific challenges

ROUND TABLE 2

• 09:30    Dr Gilles Grandjean, Dr Renaud Toussaint (tbc), Dr André Revil – Imagery, spatialization and discontinuities in geological bodies
  Physical chemical of interfaces and physical signatures
  Data acquisition, localization, interpolation and join interpretations
  Visible and supposed/interpreting discontinuities
  Scales and supports to tackle the locks: O_ZNS observatory // the mesoscale platform PRIME // EcoSENSE // in the labs: flow through columns and GLoCs // modelling issues (hybrid mesh; deterministic + stochastic = predictivity; mechanistic calibration; micro-continuum approach)
• 10:30    Break

​ROUND TABLE 3

• 11:00    Dr Mohamed Azaroual, Prof. Lionel Mercury, Dr Christophe Tournassat – Dynamics and couplings
  Interfaces = capturing discontinuities, concentrated driving forces, an aggregation area
  Buffered zones, quasi-steady states, reactive/moving fronts
  The inverse models, the role of the ghost zones and ephemeral phenomena
  From fields to the lab, from labs to model, and back to the fields
  The virtuous loop: from research to training, from training to the engineering & geotechnological needs and back to research

ROUND TABLE 4

• 13:30    Dr Raphaël Canals, Dr Laurent Longuevergne, Dr Yuxin Wu – Smart sensors for environment and geosciences
  Passive samplers and physical chemical monitoring tools
  How to install multi-parameter monitoring measurements for high resolution and massive data generation?
  Smart architecture of multidisciplinary monitoring technics (T, µmovements,)

ROUND TABLE 5

• 14:30    Dr Deb Agarwal, Dr Charles Gumiaux, Dr François Robida – Artificial intelligence, machine learning, deep learning and beyond for environmental issues
  Machine and deep learning for spatial environmental data
  How novel data science, data mining, and artificial intelligence techniques can innovate and inform environmental modeling practices,
  Interoperability & Preparing and Architecturing for Machine Learning
• 15:30    Break​
• 16:00    General synthesis of the workshop – What are the main outcomes? What can we expect, who will do, when/where re-meeting to record advances and update the issues and objectives?