Thèse H2-Natif dans les Systèmes Ophiolitiques Ultrabasiques et Réservoirs Processus et Cinétique des Interactions Eau-Ophiolite-H2 dans les Systèmes du Jurassique Albanie H/F - 33

Établissement : Université de Bordeaux
École doctorale : Sciences et environnements
Laboratoire de recherche : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux
Direction de la thèse : Adrian CEREPI
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-27T23:59:59

Contexte scientifique: La serpentinisation des ophiolites génère naturellement de l'H2 sur Terre. Le processus est inhérent à l'hydratation des roches du manteau sur une large plage de température allant de 50 à 350°C. Les émanations naturelles d'H2 sont signalées à terre, entre autre dans d'anciennes roches océaniques présentes dans des complexes ophiolitiques comme au Sultanat d'Oman, aux Philippines et en Turquie. Ces fuites de gaz sont souvent associées à des sources ultrabasiques (pH 10-12) présentes dans de nombreux affleurements rocheux basiques-ultrabasiques. Les eaux ultrabasiques ont été interprétées comme des preuves de serpentinisation active. Dans les milieux ophiolitiques, on suppose généralement que cela se produit à des températures inférieures à 150 voir 100°C (Abrajano et al., 1988; Etiope et al., 2011). Le processus à l'origine de la production d'H2 est la réduction de l'eau et l'oxydation concomitante du fer ferreux (Fe2+) présent dans les minéraux ultramafiques (olivine et pyroxène) en fer ferrique (Fe3+) que l'on retrouve notamment dans la magnétite néoformée. Ces assemblages minéraux sont observés sur le terrain, où les péridotites sont largement serpentinisées, principalement le long des systèmes de fractures.
L'objet d'étude est le massif ophiolitique de Bulqizë, peu connu et peu étudié en relation avec la problématique de l'H2 natif. Il fait partie des ophiolites téthysiennes du système orogénique alpin qui se mettent en place le long d'une zone de suture curviligne délimitant une série de fragments continentaux dérivés du Gondwana (les Pouilles, Pelagonia, système complexe cristallin d'Anatolie centrale) et représentent les restes des bassins téthysiens marginaux qui ont évolué entre ces microcontinents. Le massif ophiolitique de Bulqizë s'étend sur une vaste superficie de 370 km2. Dans ce massif une mine d'exploitation des chromises sert de laboratoire souterrain pour étudier, la genèse, la migration et le piégeage de l'H2 natif. Le projet de thèse s'articule autour de 3 axes de recherche :
L'axe 1 concerne la cartographie dans l'espace et dans le temps des émanations d'H2 dans la mine de Bulqizë. Il s'agira de caractériser les chemins de migration d'H2 dans le massif. Dans la mine de Bulqizë, les émanations d'hydrogène ne sont observées que dans les niveaux profonds et semblent être corrélées à la présence d'une grande zone de faille.
L'axe 2 de recherche tentera de comprendre : i) les processus physico-chimiques de production d'hydrogène en relation avec les niveaux riches en fer dans le massif ophiolitique ultramafique ; ii) les cinétiques de production en fonction de la composition minéralogique de la roche et de la paragenèse ; iii) l'identification des transformations minérales en fonction du niveau d'altération des roches, pression et température, pH... ; iv) l'identification des catalyseurs et/ou inhibiteurs entrant en jeu.
L'analyse de la paragenèse pour séquencer dans le temps les différents processus d'altération des ophiolites par serpentinisation et la datation de ces différentes transformations diagenétiques en relation avec la genèse de l'H2 apportera un vrai plus sur la connaissance des processus de genèse de l'H2.
L'axe 3 a pour objectif de quantifier les propriétés pétrophysiques en relation avec les transformations minéralogiques lors de la genèse de l'H2. Il s'agit ici : i) de la caractérisation pétrophysique des roches ressources et « réservoirs »; ii) de comprendre les transformations minéralogiques de la roche mère et leurs impacts sur les propriétés de transport (surface réactive, porosité, perméabilité) pendant le processus de serpentinisation et de genèse de l'H2 ; iii) d'identifier les mécanismes de piégeage de l'hydrogène produit pendant le processus de serpentinisation.

Contexte scientifique : La serpentinisation des ophiolites génère naturellement de l'H2 sur Terre. Le processus est inhérent l'hydratation des roches du manteau sur une large plage de température allant de 50 à 350°C. Les émanations naturelles d'H2 sont signalées à terre, entre autre dans d'anciennes roches océaniques présentes dans des complexes ophiolitiques comme au Sultanat d'Oman, aux Philippines et en Turquie. Ces fuites de gaz sont souvent associées à des sources ultrabasiques (pH 10-12) présentes dans de nombreux affleurements rocheux basiques-ultrabasiques. Les eaux ultrabasiques ont été interprétées comme des preuves de serpentinisation active. Dans les milieux ophiolitiques, on suppose généralement que cela se produit à des températures inférieures à 150 voir 100°C (Abrajano et al., 1988; Etiope et al., 2011). Le processus à l'origine de la production d'H2 est la réduction de l'eau et l'oxydation concomitante du fer ferreux (Fe2+) présent dans les minéraux ultramafiques (olivine et pyroxène) en fer ferrique (Fe3+) que l'on retrouve notamment dans le magnétite néoformée. Ces assemblages minéraux sont observés sur le terrain, où les péridotites sont largement serpentinisées, principalement le long des systèmes de fractures.

Comprendre l'origine et l'évolution des systèmes ressources de l'H2 naturel, sa migration et son comportement dans les systèmes réservoirs fracturés ophiolitiques du Jurassique en Albanie.

- études sédimentologiques, pétrographiques, cartographiques et
structural sur le terrain;
- analyses géochimiques et isotopiques des eaux et des gaz;
- caractérisations pétrophysiques (mesures de perméabilité, de porosité, de BET), caractérisations géochimiques aux MEB-EDS et DRX.