Thèse de Doctorat Exploration du Lien Entre les Dépressions Sub-Circulaires et la Concentration en Hydrogène H/F - CNRS

Description du Poste Sujet De Thèse Contexte scientifiqueL'hydrogène est appelé à jouer un rôle central dans la transition énergétique mondiale, mais la majeure partie de la production actuelle provient de la conversion énergivore et souvent émettrice de CO issus des hydrocarbures. L'hydrogène naturel est généré en profondeur par plusieurs mécanismes géologiques bien documentés, principalement des réactions eau-roche telles que la serpentinisation de minéraux riches en fer et la radiolyse de l'eau dans les roches cristallines (e.g., Sleep et al., 2004 ; Lollar et al., 2014 ; Klein et al., 2020). Ces processus peuvent produire de l'hydrogène naturel (géologique) de manière continue à l'échelle des temps géologiques. Le gaz peut ensuite migrer et s'accumuler au sein de structures perméables telles que des failles, des réseaux de fractures ou des pièges sédimentaires. L'hydrogène naturel représente ainsi une ressource énergétique potentiellement vaste et bas carbone. Des évaluations récentes suggèrent que des quantités significatives pourraient exister à l'échelle mondiale (e.g., Ellis et Gelman, 2024), mais leur distribution, leurs voies de migration et leur accessibilité restent encore mal contraintes.Les stratégies d'exploration de l'hydrogène naturel en sont encore à un stade précoce et reposent largement sur des campagnes géochimiques de surface dans les sols, les sources et les forages. Comme aux débuts de l'exploration des hydrocarbures, ces approches fournissent des informations précieuses de premier ordre mais ne permettent pas de prédire directement les accumulations en subsurface. Une expression de surface s'est néanmoins révélée particulièrement prometteuse comme indicateur potentiel de la migration profonde d'hydrogène naturel : les dépressions sub-circulaires (SCDs), observées dans divers contextes géologiques à travers le monde (par ex. Russie : Larin et al., 2015 ; Caroline du Nord : Zgonnik et al., 2015 ; Namibie : Moretti et al., 2022 ; Roche et al., 2024). Ces structures ont localement été associées à des concentrations anormales d'hydrogène naturel atteignant plusieurs milliers de ppm, suggérant un dégazage actif depuis la profondeur. Leur identification à partir d'images satellites en fait un point d'entrée unique et non invasif pour l'exploration à très grande échelle.Objectifs scientifiquesCe projet vise à déterminer dans quelle mesure les SCDs reflètent de manière fiable la migration d'hydrogène naturel en subsurface, avec un focus particulier sur le système de failles du corridor Bray-Bristol, qui s'étend du bassin de Paris en France jusqu'au canal de Bristol au Royaume-Uni. Nous intégrerons des observations satellitaires et des données de télédétection, de l'intelligence artificielle, ainsi que des investigations géochimiques, géophysiques et structurales de terrain afin de (i) détecter et cartographier les structures potentielles de suintement, (ii) les valider sur le terrain, et (iii) comprendre les contrôles géologiques du transport des gaz. Nous étudierons également les mécanismes de génération à travers des analyses de gaz. À terme, le projet fournira de nouveaux outils d'exploration et des modèles conceptuels pour soutenir le développement de ressources en hydrogène naturel bas carbone.Méthodologie et organisation du projetAxe de recherche 1 : Télédétection et cartographie des SCD basée sur l'IALe premier axe développera des contraintes spatiales sur les structures potentielles de suintement d'hydrogène naturel à partir de données satellitaires optiques haute résolution, multispectrales et radar, combinées à des méthodes automatisées et à des approches d'analyse d'images basées sur l'intelligence artificielle. Notre équipe a déjà entraîné des modèles de deep learning sur un jeu de données unique de SCD émettrices d'hydrogène naturel confirmées dans cinq pays différents (Ginzburg et al., 2025 ; Roche et al., 2025). Par exemple, en Namibie, l'algorithme a identifié avec succès des dépressions coïncidant exactement avec des mesures in situ confirmant des émissions d'hydrogène naturel. Grâce à la diversité de ce jeu d'apprentissage, le modèle est transférable à l'échelle globale via l'imagerie Google Earth. Des tests aveugles supplémentaires au Kazakhstan et en Afrique du Sud ont permis d'identifier plus d'un millier de nouvelles structures. Cet axe s'appuiera sur les approches existantes tout en intégrant l'expertise en IA de chercheurs d'Imperial et du laboratoire d'informatique du Mans afin de passer à l'échelle supérieure en termes de traitement, de proposer de nouvelles méthodologies et modèles pour des tâches ciblées. Les actions à mener dans cet axe de recherches sont triples :- Cartographier systématiquement les SCD en France et au Royaume-Uni, avec une priorité donnée au corridor Bray-Bristol ;- Caractériser leur morphologie, leur organisation spatiale et leur relation avec la lithologie et le contexte tectonique ;- Étudier l'évolution temporelle des SCD à partir d'archives de télédétection / d'images afin d'évaluer si ces structures sont stables, épisodiques ou en évolution active.Axe de recherche 2 : Validation de terrain, investigation géophysique et modélisation des suintementsLe second axe vise à valider sur le terrain les observations issues de la télédétection et à étudier les mécanismes de migration des gaz. Il poursuit deux objectifs principaux :i) Validation des prédictions de l'IA- Vérification sur site des dépressions détectées automatiquement ;- Campagnes de mesures de gaz du sol à haute résolution avec un échantillonnage ponctuel afin de quantifier les concentrations d'hydrogène naturel et gaz associé ;- Les résultats de cette tâche alimenteront le premier axe afin d'améliorer les performances du modèle.ii) Compréhension de l'origine et de la migration des gaz- Analyses multi-gaz (H, CO, CH, He) couplées à des traceurs isotopiques ;- Acquisitions géophysiques de surface au niveau de dépressions sélectionnées ;- Modélisation des suintements : développement d'un modèle intégré simplifié combinant les structures dérivées de l'IA, les informations géologiques et géophysiques, ainsi que les mesures de gaz de terrain, afin de simuler la migration de l'hydrogène et de soutenir la cartographie prédictive des zones de suintement potentielles.Plusieurs campagnes de terrain sont prévues en France et au Royaume-Uni. Des premières prospections dans le bassin de Paris ont déjà révélé des anomalies d'hydrogène naturel concentrées dans des dépressions. Comme le même système tectonique se prolonge jusqu'au canal de Bristol au Royaume-Uni, nous étendrons les mesures à cette zone afin d'évaluer la continuité transfrontalière et les contrôles associés. Des études comparatives entre plusieurs sites permettront de déterminer le rôle respectif des dépressions dans la focalisation des flux d'hydrogène naturel.Compétences scientifiques et techniques requises pour le candidat :- Un diplôme de master en Sciences de la Terre est requis.- Maîtrise des outils de télédétection.- Compétences en machine learning, programmation et deep learning.- Connaissances générales sur l'hydrogène naturel.- Connaissances transversales en géophysique et en géologie (géomorphologie, géochimie) et fort intérêt pour les approches interdisciplinaires.- Bonne maitrise (oral et écrite) de l'anglais.- Le permis B est recommandé.Documents demandés pour le recrutement :- Un fichier PDF contenant un CV complet et à jour. - Un fichier PDF regroupant les éléments suivants :- Une lettre de motivation.- Une ou deux lettres de recommandation, dont au moins une rédigée par le directeur de votre mémoire de master. - Une attestation de vos résultats scolaires sous forme de relevés de notes officiels. Votre Environnement de Travail Le Laboratoire de Planétologie et Géosciences (LPG - UMR 6112) est une unité de recherche pluridisciplinaire créée en 2000 et répartie sur 3 sites : Nantes Université, Université d'Angers et Le Mans Université. Le LPG est un acteur majeur à l'échelle nationale et internationale dans le domaine des Sciences de la Terre et de l'Univers. Les objets d'études du laboratoire s'étendent sur un spectre disciplinaire très large actuellement répartis sur trois thèmes. Ses recherches s'inscrivent dans le cadre de missions spatiales internationales passées, actuelles, et en projet vers les corps telluriques et glacés du système solaire. Sur Terre, les recherches concernent les géosciences au sens large, depuis l'intérieur et la surface de la Terre (imageries, observations, analyses et modélisation, dans les domaines de la géophysique, de la géochimie et du numérique) jusqu'aux thématiques de l'environnement et des paléoenvironnements, avec des approches expérimentales en laboratoire et de nombreuses missions à terre et en mer.Le poste à pourvoir se situe sur le site manceau du LPG (Le Mans). Ce site regroupe environ 13 (85 sur Nantes) personnels de l'Unité, qui en compte environ 140 au total. Le.la doctorant.e sera intégré-e au sein du thème "TERRE" du LPG et travaillera en collaboration avec les différents membres du LPG impliqués sur le projet MITI-Hydrogène. En outre, une forte interaction sera nécessaire avec les membres de l'Imperial College.Par ailleurs, la thématique H2 est actuellement en plein développement au sein du LPG, avec deux thèses en cours qui structurent et alimentent cette dynamique scientifique. Plusieurs projets sont également en préparation ou en attente de financement, et viendront renforcer cette activité dans les prochaines années, en consolidant les compétences, les collaborations et la visibilité du laboratoire sur cette thématique. Contraintes et risques Il n'y a pas de risque particulier associé au poste, mais une appétence pour le travail de terrain et les activités en extérieur est nécessaire. Rémunération et avantages Rémunération La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel Congés et RTT annuels 44 jours Pratique et Indemnisation du TT Pratique et indemnisation du TT Transport Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu'à 300€ À propos de l'offre Référence de l'offre UMR6112-VINROC-001 Section(s) CN / Domaine de recherche Système Terre : enveloppes superficielles À propos du CNRS Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d'associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement. Le CNRS Les métiers de la recherche