Thème : Formation
Mike Pereira, docteur MINES ParisTech, sur le podium !
En finale du prix de thèse de l'AMIES pour ses travaux en géostatistique
Son travail de thèse lui a permis de participer à la finale du prix 2020 de la meilleure thèse de l'AMIES (Agence pour les mathématiques en interaction avec l'entreprise et la société) qui récompense les travaux de mathématiques destinés à l’entreprise.
Au côté de deux autres jeunes docteurs, Mike Pereira a fait une présentation de sa recherche intitulée « Generalized random fields on Riemannian manifolds : theory and practice. Signal and Image processing », diffusée, en direct sur Youtube, le 22 octobre 2020.
Sa thèse CIFRE a été encadrée au Centre de Géosciences de MINES ParisTech par Nicolas Desassis et Hans Wackernagel et elle a été soutenue le 28 novembre 2019. Elle a été réalisée en partenariat avec la société ESTIMAGES.
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Résumé de cette recherche La géostatistique est la branche des statistiques s’intéressant à la modélisation des phénomènes ancrés dans l’espace au travers de modèles probabilistes. En particulier, le phénomène en question est décrit par un champ aléatoire (généralement gaussien) et les données observées sont considérées comme résultant d’une réalisation particulière de ce champ aléatoire. Afin de faciliter la modélisation et les traitements géostatistiques qui en découlent, il est d’usage de supposer ce champ comme stationnaire et donc de supposer que la structuration spatiale des données se répète dans le domaine d’étude. Cependant, lorsqu’on travaille avec des jeux de données spatialisées complexes, cette hypothèse devient inadaptée. En effet, comment définir cette notion de stationnarité lorsque les données sont indexées sur des domaines non euclidiens (comme des sphères ou autres surfaces lisses) ? Quid également du cas où les données présentent structuration spatiale qui change manifestement d’un endroit à l’autre du domaine d’étude ? En outre, opter pour des modèles plus complexes, lorsque cela est possible, s’accompagne en général d’une augmentation drastique des coûts opérationnels (calcul et mémoire), fermant alors la porte à leur application à de grands jeux de données. Dans ce travail, nous proposons une solution à ces problèmes s’appuyant sur la définition de champs aléatoires généralisés sur des variétés riemanniennes. D’une part, travailler avec des champs aléatoires généralisés permet d’étendre naturellement des travaux récents s’attachant à tirer parti d’une caractérisation des champs aléatoires utilisés en géostatistique comme des solutions d’équations aux dérivées partielles stochastiques. D’autre part, travailler sur des variétés riemanniennes permet à la fois de définir des champs sur des domaines qui ne sont que localement euclidiens, et sur des domaines vus comme déformés localement (ouvrant donc la porte à la prise en compte du cas non stationnaire). Ces champs généralisés sont ensuite discrétisés en utilisant une approche par éléments finis, et nous en donnons une formule analytique pour une large classe de champs généralisés englobant les champs généralement utilisés dans les applications. Enfin, afin de résoudre le problème du passage à l’échelle pour les grands jeux de données, nous proposons des algorithmes inspirés du traitement du signal sur graphe permettant la simulation, la prédiction et l’inférence de ces champs par des approches "matrix-free". |
Soutenance de thèse de Manon LINCKER
Modélisation géochimique des fractionnements isotopiques avec le code de transport réactif Hytec et applications environnementales
Résumé de la thèse en français
L'éventail des processus géochimiques modélisés par les codes de transport réactif a vocation à s'élargir de plus en plus et permet à ces codes de traiter des problématiques de nature différente (stockage de déchets radioactifs, exploitation minière, pollutions, etc.). Cette dernière décennie a vu l'essor de la modélisation des fractionnements isotopiques par les codes de transport réactif. Cette fonctionnalité permet d'ajouter au suivi de réactions géochimiques leur impact sur la composition isotopique des espèces chimiques. Néanmoins, l'hypothèse classiquement utilisée lors de ces modélisations repose sur l'existence d'un isotope majoritaire au sein des isotopes de l'élément d'intérêt. Ces travaux menés à MINES ParisTech contiennent les développements mathématiques réalisés afin de vérifier que la méthodologie reste valide pour un ensemble d'hypothèses moins contraignantes, vérifiées dans la majorité des systèmes naturels. Plusieurs applications ont été réalisées avec Hytec, code de transport réactif développé à MINES ParisTech. La comparaison de résultats dans le cadre d'un benchmark a permis de valider l'emploi de cette méthodologie avec Hytec. Ensuite, un modèle de dégradation et de migration de solvants chlorés dans un système aquifère-aquitard a été mis au point et permet de simuler les signatures isotopiques du carbone et du chlore au sein de ces composés. Les résultats ont montré que le suivi de la composition isotopique des solvants dans l'aquifère peut renseigner sur leur potentielle dégradation dans l'aquitard. Par ailleurs, ces travaux montrent l'importance de la configuration du modèle numérique utilisé ainsi que le potentiel offert par la modélisation des fractionnements isotopiques combinée à la polyvalence d'Hytec.
Résumé de la thèse en anglais
The scope of geochemical processes modeled by reactive transport codes is widening and allows these codes to address different type of problematics (radioactive waste storage, mining, contamination, etc.). The last decade saw the rise of the isotopic fractionation modeling with reactive transport codes. This functionality allows tracing geochemical processes in a more precise way, using geochemical reactions and the isotopic fractionation they induce. However, the traditionally used hypothesis to model isotopic fractionation relies on the existence of a major isotope for the studied element. This work, prepared at MINES ParisTech, contains mathematical developments to support the methodology a set of less constraining hypotheses, easily verified in the majority of natural systems. Several application cases were performed with Hytec, a reactive transport code developed at MINES ParisTech. The comparison of isotopic fractionation simulation results in a benchmark study acts as a validation of this methodology with Hytec. Then, a model of degradation and migration of chlorinated solvents in an aquifer-aquitard system was built step by step. This model allows simulating the isotopic signatures of carbon and chlorine in these components. Results showed that data extracted from the aquifer brings information about the reactivity of the aquitard regarding the solvent degradation. Furthermore, results also highlight the importance of the choice of model parameters and the potential of isotopic fractionation modeling combined to the versatility of Hytec.
Titre anglais : Geochemical modeling of isotopic fractionation: implementation in reactive transport code Hytec and environmental applications
Date de soutenance : mardi 24 novembre 2020 à 14h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech 35 rue Saint Honoré 77300 Fontainebleau – 105
Directeurs de thèse : Vincent LAGNEAU, Sophie GUILLON
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Soutenance de thèse de Maelle VERGNAUD
Mécanismes de colmatage dans une exploitation d'uranium par récupération in situ
Résumé de la thèse en français
La récupération in situ est depuis quelques années la principale méthode d'extraction minière pour l'Uranium. Elle consiste en l'injection de fluides recirculés à laquelle des réactifs sont ajoutés selon qu'elle soit alcaline, acide modérée, ou encore acide. Dans cette étude une lixiviation acide est considérée. Cette méthode de production fait face à des pertes de charge récurrentes au niveau des puits producteurs. Cette perte de charge est due à des phénomènes de colmatage. Le colmatage peut avoir différentes origines ; chimiques, physico-chimiques, physique, dégazage, … Cette étude porte essentiellement sur le colmatage chimique avec quelques éléments sur le colmatage physique. Au vu de l'hétérogénéité des puits producteur (géologie, acidification, complétion, …), un premier axe de cette étude porte sur l'analyse des données du site. Avant une quelconque simulation numérique, il est nécessaire d'identifier les espèces colmatantes, pour cela deux campagnes d'échantillonnage ont été réalisées aux abords des puits producteurs : dans les jus de production et au niveau de la crépine. De plus des expérimentations pour comprendre les processus géochimiques simplifiés à une ligne de courant (essai colonne), permettent de mieux appréhender les simulations de transport réactif. Pour finir, les simulations de transport ont été réalisées pour quantifier les processus de colmatage et identifier les paramètres qui le contrôlent sur des modèles simplifiés. Cette étude a permis d'identifier les espèces responsables du colmatage (gypse, jarosite, alunite, particules argileuses), les mécanismes amenant au colmatage, le plus important étant le mélange de lignes de courant de compositions différentes dans la zone convergente proche du puits de production, phénomène renforcé par les déséquilibres hydriques. La compréhension des mécanismes de colmatage permet de proposer des outils au site minier pour prédire et limiter le colmatage. Enfin cette étude est une méthode d'analyse pour d'autres sites présentant également des problèmes de colmatage.
Résumé de la thèse en anglais
In situ recovery is now the main Uranium mining technique. Based on the injection of recirculation of pregnant solutions with adjustment of reagents depending on the production strategy; alkaline, moderate acid, acidic… This study focuses on an acidic process. The operations are hindered by recurring head losses on producer wells. Head loss, due to well clogging, has a major impact on the mine productivity. Several origins are pointed for clogging: chemical, physico-chemical, physical, gas release… This study focuses on chemical clogging with insights into physical clogging. The heterogeneity of producer wells (geology, acidification, completion) leads us to production data analysis. Before proceeding to reactive transport simulations, it is necessary to identify clogging species: to this end, two sampling campaign were realized on producer wells – sampling of produced flow and recovery of solids on screens. Furthermore, experimentations have been set up to understand geochemical processes on a simplified streamline (column test), to better constrain reactive transport simulations. Lastly reactive transport simulations on simplified models are used to quantify clogging processes and identify key parameters. This study identifies clogging species (gypsum, jarosite, alunite, clay particles), clogging mechanisms, the most important being mixing of streamlines of different composition in the converging zone around producer wells, a phenomenon strengthened by hydrodynamic imbalance. It is then possible to propose tools to the operators in order to manage and limit clogging. Finally, this study provides a methodology to study other mining sites faced with clogging issues.
Titre anglais : Clogging mecanisms in an uranium leaching exploitation
Date de soutenance : mercredi 4 novembre 2020 à 13h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech – Université PSL 60 Boulevard Saint-Michel, 75272 Paris – L109
Directeur de thèse : Vincent LAGNEAU
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Soutenance de thèse de Léa PANNECOUCKE
Combinaison de la géostatistique et des simulations à base physique – application à la caractérisation de panaches de contaminants
Résumé de la thèse en français
La caractérisation de la contamination dans les sols et les nappes autour d'installations industrielles est un enjeu majeur de l'assainissement de ces sites. Ce travail porte sur la combinaison de deux approches utilisées classiquement pour caractériser les contaminations : la géostatistique et les simulations numériques d'écoulement et de transport. L'objectif de cette combinaison est d'améliorer les estimations d'activités en radionucléides, par l'introduction d'informations de nature physico-chimique dans un modèle probabiliste. Deux méthodes sont comparées. Elles sont basées sur la génération d'un grand nombre de simulations de panaches de contaminants, prenant en compte les incertitudes sur les paramètres d'entrée. La première méthode est un krigeage avec dérive externe, où la dérive est la moyenne de la population de simulations de panaches. La seconde méthode est un krigeage avec un variogramme empirique non stationnaire, calculé à partir de la population de simulations, qui reflète la structure spatiale du phénomène étudié. Ces méthodes sont d'abord comparées sur un cas synthétique, constitué par la simulation de la migration d'un panache de tritium dans la zone non saturée d'une formation sableuse. Deux jeux de données acquis au voisinage de la centrale de Tchernobyl sont ensuite étudiés. Les résultats montrent l'intérêt de la combinaison des simulations numériques et de la géostatistique : les estimations spatiales ou spatio-temporelles sont plus réalistes, en particulier lorsque peu de données sont disponibles.
Résumé de la thèse en anglais
A major issue concerning the remediation of industrial plants is the characterization of contamination within soils and groundwater. Two classical approaches are combined in this work: geostatistics and numerical simulations of flow and transport. It aims at improving the estimates of radionuclide activities by taking into account physically-based information into a mathematical model. Two methods are introduced in this work. They are both based on a large number of simulations of contaminant plumes, taking into account the uncertainties on input parameters. The first method is kriging with an external drift, in which the drift is the average of the simulations. The second method is kriging with a non-stationary empirical variogram computed from the set of simulations, which models the spatial structure of the phenomenon under study. The performances of the methods are first assessed on a synthetic test case, which deals with the migration of a tritium plume in the unsaturated zone of a sandy aquifer. Then, they are assessed on two datasets collected around Chernobyl nuclear plant. The results underline the benefit of combining geostatistics and numerical simulations, especially when only few observations are available.
Titre anglais : Combining geostatistics and physically-based simulations – application to the characterization of contaminant plumes
Date de soutenance : jeudi 8 octobre 2020 à 14h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech 60 boulevard Saint-Michel 75006 Paris – salle L109
Directeurs de thèse : Chantal DE FOUQUET, Xavier FREULON
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