You are here

Aide à la décision sur l’évaluation des risques associés à l’exploitation des milieux souterrains

Team and supervisors
Department / Team: 
Team Web Site: 
http://diverse.irisa.fr/
PhD Director
Philippe Davy
Co-director(s), co-supervisor(s)
Bourcier Johann
Contact(s)
NameEmail addressPhone Number
Johann Bourcier
johann.bourcier@irisa.fr
0628077216
PhD subject
Abstract

Contexte socioéconomique et scientifique

L’exploitation du milieu souterrain comme ressources (eau, minéraux) ou comme lieux de stockage pour l’énergie ou les déchets est un enjeu de société majeur qui pose plusieurs questions scientifiques principalement liées à i) la faible connaissance du milieu lui-même, et ii) à l’évaluation des risques associés à cette exploitation, l’un des plus important étant la pollution potentielle des nappes phréatiques qui constituent une ressource essentielle pour l’homme (Huang et al., 2016). L’évaluation des risques, comme l’optimisation des méthodes d’exploitation, résulte d’une démarche qui intègre l’acquisition de données, la construction de scenarios et la modélisation des phénomènes afférents, souvent complexes (transfert de polluants, sismicité…), le tout dans un workflow en permanence réajusté par l’avancée des connaissances sur le milieu lui-même, sur les processus physico-chimiques, ou sur les méthodes de modélisation. Outre les limites de la connaissance scientifique, les principales difficultés viennent de la complexité des différentes étapes de la démarche, de leur coût – notamment l’acquisition de données en milieu souterrain – et de la nécessité de rassembler des expertises scientifiques pointues relevant de différents domaines de la science (géologie, génie civil, calcul numérique).

La construction d’outils d’aide à la décision est un enjeu majeur pour optimiser et faciliter la démarche du décideur, lui permettre de tester facilement différents scénarios indépendamment de la complexité de chaque étape, et de fluidifier le dialogue entre les parties prenantes, décideurs, experts, scientifiques et ingénieurs.

L’objectif de la thèse est de construire une telle démarche éclairée d’aide à la décision à partir d’une approche interdisciplinaire qui associe des chercheurs en informatique – spécialistes du développement de langages informatiques – et en géophysique – spécialistes des transferts d’eau, de matière et d’énergie dans les milieux hydrogéologiques complexes.

 

Contexte géophysique. Dans le stockage souterrain de déchets nucléaires, la roche environnante constitue l’ultime barrière censée protéger l’environnement des fuites potentielles du site de stockage. Pour les projets de stockage situés sur des milieux de socle (granites, granodiorites, gneiss), comme en Suède, Finlande ou Canada, le principal risque vient de la présence de fractures qui modifient les propriétés mécaniques de la roche et permettent le transfert de contaminants vers l’environnement. L’UMR Géosciences Rennes est spécialisée dans la modélisation des milieux géologiques fracturés avec des recherches qui portent sur l’intégration des données de surface, de puits ou de tunnels

dans des modèles de milieu, et sur la simulation numérique des transferts d’eau et de radionucléides dans les réseaux de fractures. Philippe Davy participe depuis plus de 10 ans, en collaboration avec la société Itasca Consultants s.a.s., aux projets développés par les sociétés SKB (Suède) et Posiva Oy (Finlande) sur la construction de sites de stockage souterrain pour les déchets radioactifs.

Contexte informatique. La construction d’outils d’aide à la décision constitue un défi scientifique majeur dans le domaine de l’informatique car ils nécessitent un effort important d'ingénierie. Ceci est dû à la nécessité d’intégrer des données partielles relevées sur le terrain avec divers modèles de comportement du domaine étudié, ainsi que la proposition de solution de simulation efficace pour l’ensemble de ces modèles. L’équipe Diverse de l’UMR IRISA est spécialisé dans le génie logiciel et plus particulièrement dans le développement de logiciel basé sur des modèles, ainsi que des logiciels auto-adaptable (prenant des décisions d’optimisation automatique). Cette expertise sera exploitée dans ce projet afin de proposer un outil d’aide à la décision adapté aux différentes parties prenantes d’un tel outil.

 

Défis scientifiques et démarche

Le candidat explorera la conception et la mise en œuvre d’un outil pour l’aide à la décision dans le contexte du stockage souterrain de déchet notamment à travers l’analyse de différentes alternatives et l’exploration de scénario “et si”. En particulier, il étendra l'état actuel de la technique pour intégrer des données, des modèles d'interpolation et des modèles prédictifs. Les défis scientifiques plus précis de cette thèse sont:

de proposer un modèle de variabilité orthogonal à l’expression des processus.

de permettre la définition incrémentale des modèles et le raffinement continu de leur calibration

de permettre la dérivation continue de l’outil d’aide à la décision final avec la récupération des données du terrain permettant ainsi de diminuer l’incertitude des prédictions de façon progressive.

La mise en œuvre de l’outil d’aide à la décision sera étudiée dans le contexte d'une architecture web pour faciliter un engagement plus large des différentes parties prenantes (scientifiques, décideurs et grand public) et leur permettre de prendre des décisions informées.

Bibliography

Huang, X., Zhang, G., Pan, A., Chen, F., and Zheng, C., 2016, Protecting the environment and public health from rare earth mining: Earth's Future, v. 4, no. 11, p. 532-535.

Bibliography de l’équipe (sélection):

Darcel, C., Davy, P., and Le Goc, R., Statistical Fracture Domain Methodology For DFN Modeling Applied to Site Characterization, in Proceedings ISRM International Symposium-EUROCK 20122012, International Society for Rock Mechanics.

Davy, P., Le Goc, R., and Darcel, C., 2013, A model of fracture nucleation, growth and arrest, and consequences for fracture density and scaling: Journal of Geophysical Research: Solid Earth, v. 118, no. 4, p. 1393-1407.

Davy, P., Le Goc, R., Darcel, C., Bour, O., de Dreuzy, J.-R., and Munier, R., 2010, A likely universal model of fracture scaling and its consequence for crustal hydromechanics: Journal of Geophysical Research, v. 115, no. B10, p. 1-13.

Maillot, J., Davy, P., Goc, R. L., Darcel, C., and Dreuzy, J. R. d., 2016, Connectivity, permeability, and channeling in randomly distributed and kinematically defined discrete fracture network models: Water Resources Research, v. 52, no. 11, p. 8526-8545

Jean-Michel Bruel, Benoit Combemale, Ileana Ober, Hélène Raynal. MDE in Practice for Computational Science. INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTATIONAL SCIENCE, Jun 2015, Reykjavík, Iceland. 2015. Cf. https://hal.inria.fr/hal-01141393

Benoit Combemale, Betty H.C. Cheng, Ana Moreira, Jean-Michel Bruel, Jeff Gray. Modeling for Sustainability. Modeling in Software Engineering 2016 (MiSE'16), 2016, Austin, United States. ACM, Modeling in Software Engineering 2016 (MiSE'16). https://hal.inria.fr/hal-01185800

Maxime Tricoire, Olivier Barais, Manuel Leduc, Johann Bourcier, François Fouquet, et al.. KevoreeJS: Enabling Dynamic Software Reconfigurations in the Browser. WICSA and CompArch 2016, Apr 2016, Venice, Italy. 2016. Cf. https://hal.inria.fr/hal-01354997

Antoine Cheron, Quentin Courtois, Johann Bourcier, Benoit Combemale, Jean-Raynald de Reuzy: Web Based Simulation Environment for Water Resource Management. CMWR 2018, Saint Malo, France, 2018

Work start date: 
Septembre 2018
Keywords: 
Outils d’aide à la décision et d’analyse de risque ; modélisation des transferts en milieu géologique ; optimisation des méthodes risques associés au stockage souterrain des déchets nucléaires, simulation numérique, Cloud Computing
Place: 
IRISA - Campus universitaire de Beaulieu, Rennes