The PlaneX 2011 LabeX project (under review)
is proposed to the Investissement d'Avenir EquipeX call.
Abstract of the project
PLANEX aims at developing a high pressure high temperature
(HP-HT) experimental and analytical platform allowing to perform (1) in situ
chemical, structural and isotopic analyses, on fluids (molten silicates and
salts, hydrous fluids and gases) and (2) simulation of fluid transfer processes
in geomaterials or their synthetic equivalents. To reach this goal it gathers
the expertises of 7 laboratories : ISTO (experimentation on silicate liquids
HP-HT), CEMHTI (HT in situ spectroscopies on silicate liquids and molten salts), LPC2E (gaz
spectroscopy, isotopes), GREMI (Xray flash source), CRPG (isotopic analysis via
ion probe), BRGM (simulations of fluid transfers in reactive media) and LECIME
(molten salts and fuel cells).
The scientific goals are : (1)
a better understanding of the processes of fluid transfer or storage in the
Earth’s crust (of natural or anthropic origin), (2) a better quantification of
geothermal processes of high enthalpy, (3) the development of improved
thermodynamic models of silicate liquids and molten salts rich in volatile
elements, (4) a better comprehension of nucleation/crystallisation processes in
geological or industrial fluids, (5) the determination of isotope fractionation
factors in volatile rich systems with coexisting molten/gas/fluid phases
This will be achieved via the measurement of key
physico-chemical properties of fluids/melts/gases, and of their host, either at
the microscopic scale (speciation), via the implementation of spectroscopic
tools, or macroscopically by direct determination of transport properties
(permeability, emissivity, conductivity). This will allow to propose rigorous
models of the various measured properties, which in turn will allow to derive
sound physico-chemical bulk models with real predictive power for either natural
or industrial systems involving fluid storage, transfer or production, hence
allowing the optimisation of industrial processes
The research activities will have a direct impact on the
following socio-economic fields : (1) In terms of risk management, a better
definition of volcanic catastrophe risks, owing to a better description of the
properties the silicate liquids and gases, (2) the exploitation of geothermal
resources in volcanic fields, (3) an improvement of industrial processes
producing high added value consumer goods (glasses, ceramics, gases) or
involving molten salts (fuel cells), (4) the industry oriented toward energy
storage through H2 or Air storage underground, as well as that directly involved
in CO2 mitigation technology
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Le projet EquipeX 2011 PlaneX (en cours d'évaluation) est proposé dans
le cadre des appels à projet Investissement d'Avenir - EquipeX.
Résumé du projet
PLANEX se propose d'élaborer une plateforme expérimentale
haute pression et haute température (HP-HT) permettant de réaliser (1) des
analyses chimiques, structurales, isotopiques in-situ sur les fluides (silicates
et sels fondus, fluides hydratés, gaz) ainsi que (2) de simuler des processus de
transfert de fluides dans les géomatériaux ou leurs équivalents synthétiques. Il
associe pour cela les compétences de 7 laboratoires: ISTO (expérimentation
liquides silicatés HP-HT), CEMHTI (spectroscopie in situ HT liquides silicatés
et sels fondus), LPC2E (spectroscopie des gaz, isotopes), GREMI (source RX
flash), CRPG (analyse isotopique par sonde ionique), BRGM (simulations des
transferts réactifs) et LECIME (sels fondus et piles à combustible).
Les objectifs scientifiques
sont (1) une meilleur compréhension des processus de stockage et transfert de
fluides naturels ou d’origine anthropique dans la croûte terrestre, (2) une
meilleure quantification des processus géothermiques de haute enthalpie, (3) le
développement de modèles thermodynamiques des silicates et sels fondus riches en
éléments volatils, (4), la compréhension des processus de
nucléation/crystallisation dans les liquides/fluides géologiques ou industriels,
(5) la détermination des fractionnements isotopiques dans les systèmes
comportant des matériaux fondus/fluides HP-HT riches en éléments volatils.
Ceci se fera au travers de la
mesure de plusieurs propriétés physico-chimiques de la matière, à la fois au
niveau microscopique (spéciation), via les outils de spectroscopies
vibrationelles (ex IR-Raman), et au niveau macroscopique, par des mesures
directes (insitu) des propriétés de transport (perméabilité, émissivité,
conductivité), et de leur évolution au cours du temps. L’ensemble de ces données
permettra d’aboutir, d’une part, à une modélisation rigoureuse des dites
propriétés, et donc à l’élaboration de modèles multi-échelle de
transfert/transformation/ production de fluides à reel pouvoir prédictif, et,
d’autre part, à l’optimisation des procédés industriel associés.
Les recherches auront un impact
direct dans les domaines socio-économiques suivants : (1) une meilleure
définition du risque lié à l’activité volcanique résultant d’une description
plus rigoureuse des matériaux impliqués (liquides silicatés riches en volatils),
(2) la gestion et l’exploitation de la resource géothermique de haute
température notamment en contexte volcanique, (3) l’amélioration de procédés
industriels faisant intervenir des liquides silicatés (verres, céramiques) ou
des sels fondus (piles à combustible) à haute valeur ajoutée, (4) les filières
industrielles de production d’énergie utilisant les couches terrestres profondes
comme stockage provisoire d’excès d’énergie (H2, air comprimé) ou celles
impliquées dans la réduction directe des gaz à effet de serre (CO2)
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