Système de production d'H2 naturel à Taiwan

Ce projet vise à caractériser et quantifier le système naturel de production d'hydrogène (H₂) du sud de Taïwan en intégrant l'architecture tectonique, la structure lithosphérique profonde, la géochimie des fluides et la modélisation numérique. Il a pour objectifs de définir la géométrie 3D du corps de manteau superficiel serpentinisée et du réseau de failles constituant les voies de drainage des fluides d'origine mantellique et de l'hydrogène naturel, de développer des modèles numériques 2D puis 3D de circulation réactive simulant la production, la migration et le piégeage potentiel de l'H₂, et de quantifier et calibrer ces modèles à partir de données sur les gaz nobles et les isotopes des fluides, afin que les flux, chemins d'écoulement et temps de résidence soient directement contraints par les observations de terrain. Comme un système pétrolier, un système naturel d'hydrogène nécessite une source, des voies de drainage et un piège connectés dans l'espace et dans le temps. Le sud de Taïwan constitue un laboratoire naturel exceptionnel pour étudier ce type de système, car il associe une construction orogénique active, un réseau de failles profondes et des indices de circulation de fluides d'origine mantellique. Les données de tomographie sismique et la modélisation pétrophysique (LitMod2D) ont révélé un corps de manteau superficiel sous la chaîne Centrale, interprété comme lié à la délamination de la croûte eurasiatique. Des analyses des gaz du sol et des sources chaudes dans le sud-est de Taïwan ont également mis en évidence des concentrations significatives en H₂ associées à une signature isotopique de l'hélium d'origine mantellique, compatible avec une serpentinisation active en profondeur. Cependant, la connexion entre cette source profonde d'H₂ et les émanations de surface reste inconnue, de même que l'amplitude et l'efficacité du transport des fluides. L'originalité du projet est d'aborder la production, le drainage et le piégeage comme un système couplé et quantitativement contraint. Une cartographie structurale détaillée et une reconstruction 3D du réseau de failles actives et de sutures permettront de définir la géométrie, la cinématique et la perméabilité relative du réseau de circulation. Un modèle pétrophysique 3D (LitMod3D_4.0), contraint par la tomographie sismique (Vp, Vs), la gravimétrie et le flux de chaleur, permettra de caractériser le corps mantellique et de quantifier son degré de serpentinisation. Des campagnes de terrain sur les sources thermales, les volcans de boue et les sites de dégazage des sols permettront de caractériser H₂, CH₄, CO₂ et N₂, ainsi que les gaz nobles et isotopes (³He/⁴He, Ne, Ar, δD-H₂), afin d'identifier les contributions mantellique, crustale et superficielle, de contraindre les mélanges et d'estimer les temps de résidence des fluides. Ces données seront intégrées dans Terranta Flow au moyen de modèles 2D puis 3D couplant transfert thermique, loi de Darcy et transport réactif de l'H₂. Les chemins d'écoulement, flux, proportions de mélange et temps de transit prédits seront directement comparés aux observations et utilisés pour calibrer le modèle. Le projet produira ainsi un modèle structural 3D du réseau de drainage de l'H₂, un modèle lithosphérique actualisé quantifiant la serpentinisation du manteau, un nouveau jeu de données sur les gaz nobles et isotopes permettant de contraindre l'origine et l'histoire de migration des fluides, ainsi qu'un modèle numérique calibré fournissant des flux d'H₂ et des temps de transit quantitatifs. Enfin, la comparaison avec le système hydrogène pyrénéen contrôlé par les évaporites permettra de mieux comprendre la diversité des systèmes naturels d'hydrogène en contexte orogénique et le rôle de l'architecture tectonique dans le contrôle de leur génération, migration et accumulation. École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace Direction : Frédéric MOUTHEREAU Financement : MSCA COFUND BEST