Tanguy Le Borgne, heureux lauréat d'un ERC !

Tanguy Le Borgne (Géosciences Rennes, UMR CNRS 6118, OSUR, Université de Rennes 1) vient d’obtenir en janvier 2015 un financement européen pour un projet intitulé ‘ReactiveFronts’, catégorie ‘Consolidator grant’ de l'ERC (European Research Council) Alain-Hervé Le Gall : Tanguy Le Borgne, vous êtes l'heureux lauréat d'un financement européen dit "ERC" : pouvez-vous nous présenter rapidement votre activité de recherche et votre parcours de chercheur ? Tanguy Le Borgne. J’ai une formation initiale d’ingénieur (École des mines de Nancy, 2001), puis j’ai soutenu ma thèse en 2004 à l’université de Rennes 1 et obtenu un prix Bretagne Jeune Chercheur en 2010. Mon travail de thèse portait sur la mesure et la modélisation de l’hétérogénéité des écoulements dans les milieux géologiques. Après deux années de postdoctorat à Montpellier et Barcelone, j’ai obtenu en 2007 un poste de ‘physicien adjoint’ (du Corps National des Astronomes et Physiciens) au laboratoire Géosciences Rennes du CAREN (aujourd’hui OSUR, Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes). Mon travail actuel s’inscrit toujours dans cette problématique de modélisation et de caractérisation expérimentale des écoulements et des processus de transport dans les milieux poreux et/ou fracturés. Dis simplement, je suis un hydrogéologue, spécialiste de la modélisation des circulations de fluides dans les sols et les roches. Je suis en outre coordinateur du service national d'observation H+ labellisé par le CNRS : H+ est un réseau de sites hydrogéologiques expérimentaux dédié à l'étude des eaux souterraines, géré par l’Institut National des Sciences de l’Univers (INSU). AHLG : Pouvez-vous nous préciser la nature de ce financement ERC, son originalité, ses caractéristiques ? TLB : Le Conseil européen de la recherche (ERC : European Research Council) soutient la recherche exploratoire, les propositions interdisciplinaires, et des idées novatrices dans des domaines nouveaux et émergents qui introduisent des approches non conventionnelles et innovantes. La mission de l'ERC est donc d'encourager la recherche de haut niveau en Europe grâce à un financement concurrentiel et de soutenir la recherche exploratoire dans tous les domaines de la recherche, sur la base de l'excellence scientifique. En l’occurrence, je viens d’obtenir un financement important (sur 5 ans) pour développer des recherches sur la caractérisation expérimentale et la modélisation des fronts de mélange réactifs se situant à l’interface entre différentes masses d’eau. Ces fronts peuvent se développer naturellement (ex: interactions nappe-rivière, recharge par la pluie...) ou être provoqués par les activités humaines (ex: remédiation des sites contaminés, géothermie, stockage de CO2...). Ils sont particulièrement réactifs car le mélange crée des déséquilibres chimiques et représentent des environnements favorables pour le développement des micro-organismes. Ce projet s’intitule ‘ReactiveFronts’ : il relève de la catégorie ‘Consolidator grant’ réservée aux chercheurs entre 7 et 12 ans après la thèse. AHLG : Vos recherches s’inscrivent dans le champ des « sciences de la Terre et de l’environnement » : existe-t-il des enjeux sociétaux autour de celles-ci ? TLB : Absolument. Alors que la composante de surface des eaux continentales est une partie très familière de nos paysages (les cours d’eau, les lacs, les glaciers etc.), la grande majorité de l'eau douce est stockée et s’écoule dans le sous-sol : elle est de fait largement inaccessible à l'observation directe. En conséquence, la distribution des écoulements souterrains et les transformations chimiques et biologiques associés représentent une frontière de nos connaissances actuelles. Pourtant, les besoins grandissant des sociétés impliquent que les environnements souterrains soient de plus en plus soumis à de multiples usages et des pressions, y compris en matière de prélèvements et de réserve d'eau, de stockage des déchets, de séquestration du CO2, ou de l'exploitation de l'énergie géothermique etc.. Par ailleurs, l’intensification de l'agriculture, l'activité industrielle et l'urbanisation conduisent à une pollution des sols par des produits chimiques et des agents pathogènes, avec pour conséquence de mettre en danger la qualité et l'utilisation potentielle des ressources en eaux souterraines. La récente contamination par les radionucléides des eaux souterraines dans la région de Fukushima (Japon), induisant une fuite potentielle sur le long terme de l'eau contaminée dans l'océan, est une illustration contemporaine de ces risques et de ces enjeux. AHLG : Quel est le lien avec vos recherches plus fondamentales ? TLB : Les interfaces de mélange sont connues pour créer des ‘hotspots’ localisés et hautement réactifs du point de vue chimique et microbiologique. Ces fronts réactifs, ‘ReactiveFronts’ - d’où le titre du projet - sont caractérisés par de forts gradients de concentration, une dynamique d’écoulements complexe, une saturation en eau variable, des conditions redox fluctuantes et des communautés biologiques multifonctionnelles. C’est donc le fonctionnement de ces ‘hotspots’ que nous souhaitons comprendre et modéliser. AHLG : Pouvez-vous nous donner des exemples concrets d’applications potentielles de vos recherches ? TLB : On peut citer par exemple la remédiation des contaminants (i.e. la dépollution) dans les sites et sols pollués. L’une des méthodes de remédiation in situ consiste à injecter un fluide dans un milieu naturel pour fixer un contaminant afin de le rendre moins nocif ou de le neutraliser. Les réactions biochimiques se passent dans ce cas à l’interface entre le fluide injecté et le contaminant. Le fluide peut contenir un agent oxydant ou réducteur susceptible de dégrader les contaminants, ou un biostimulant (i.e. des nutriments) favorisant l’activité bactérienne pour « manger » le polluant. Une autre application intéressante se situe dans le domaine énergétique : on constate que 30% des doublets (i.e. des forages) en géothermie peu profonde (< 300 mètres) sont affectés par des problèmes de colmatage par des biofilms. Le développement dommageable de ces biofilms est un problème bien connu : en injectant de l’eau froide (oxygénée) dans le sous-sol pour qu’elle se mélange avec des eaux chaudes, plus minéralisées, on crée à l’interface entre ces deux masses d’eau les conditions d’un développement microbiologique conduisant à la formation de biofilms. Un des objectifs de notre projet est de mieux comprendre les conditions de formation de ces biofilms et de proposer des méthodes efficaces pour y remédier. Cet exemple d’application se fait en collaboration avec l’ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie) et le groupe industriel ANTEA. AHLG : On comprend bien que la problématique des mélanges de fluides est centrale dans vos recherches : que se passe-t-il exactement au niveau de ces interfaces ? TLB : eh bien… c’est précisément ce qu’on voudrait savoir ! Le problème majeur avec les flux en milieux poreux est que ces interactions à l’échelle micro sont inaccessibles à l'observation directe, du fait notamment de l’opacité des grains (i.e. la matière qui constitue le sous-sol). De plus, bien que ces processus se passent à très petite échelle, il s’avère qu’ils peuvent fortement impacter des systèmes à grande échelle tels que des installations géothermiques. Bref, pour en savoir plus sur ces processus « invisibles », il nous faut développer d’une part de nouvelles techniques d’imagerie et d’autre part des modèles prédictifs permettant de traiter la question du changement d’échelle. AHLG : En quoi ce projet est-il interdisciplinaire et novateur, puisque ce sont les critères très sélectifs de l’ERC ? TLB : L'ambition du projet ‘ReactiveFronts’ est de combler nos lacunes dans les connaissances en mettant en place une équipe interdisciplinaire de haut niveau qui fournira à la fois (1) de nouvelles capacités d'imagerie expérimentales et (2) une nouvelle compréhension théorique des interactions de micro-échelle entre écoulement, mélange et réactions. ‘ReactiveFronts’ va développer une approche originale à ce problème de longue date, en combinant méthodes théoriques, méthodes de laboratoire et méthodes expérimentale de terrain. Le projet s’appuie sur des collaborations interdisciplinaires développées de depuis plusieurs années au sein de l’OSUR entre les hydrogéologues du laboratoire Géosciences Rennes, les microbiologistes du laboratoire ECOBIO et les physiciens de l’Institut Physique de Rennes (IPR). Le projet se base également sur des collaborations avec le laboratoire IRPHE de l’université d’Aix-Marseille, le CSIC de Barcelone (Espagne), l’université de Lausanne (Suisse), le MIT à Boston et l’université de Californie à Davis (Etats-Unis), l’université de Melbourne (Australie). Le focus sur la dynamique réactive des interfaces, qui représente pour nous un réel changement de paradigme pour la modélisation du transport réactif en milieu poreux, nécessitera le développement d'approches théoriques originales et de nouvelles méthodes expérimentales microfluidiques*. Les étudiants en thèse et post-doctorants recrutés pour ce projet étudieront ces interfaces réactives à des échelles spatiales de plus en plus grandes, pour explorer (1) le couplage entre la dynamique des fluides et l'activité biologique, (2) l'impact des topologies d’écoulement en 3D et le mélange chaotique sur la cinétique effective des réactions, (3) et de nouvelles méthodes d’évaluation de ces interactions sur le terrain. Car nous n’oublions pas le milieu naturel ! La modélisation impose in fine une validation par un retour à l’observation. Nous allons profiter pour cela des sites expérimentaux mis en place depuis dix ans au sein du réseau H+ qui représentent des infrastructures uniques pour observer ces phénomènes sur le terrain. * La microfluidique est la mesure des dynamiques de fluide par des dispositifs d’échelles micrométriques AHLG : On voit bien les deux principaux challenges à relever dans ce projet : expérimental, mais aussi en modélisation. L’université de Rennes 1 et le CNRS ont une carte à jouer au niveau international dans ces deux domaines ? TLB : En effet, le projet s’appuie sur un nouveau dispositif expérimental utilisant des méthodes millifluidiques permettant pour la première fois d’imager simultanément (1) des vitesses d’écoulement, (2) des champs de concentration et (3) des taux de réaction chimique dans les milieux poreux. Ce dispositif unique au monde est en cours d’élaboration à l’OSUR sur le campus de Beaulieu. Dans ce champ de recherche, nous sommes en compétition internationale avec quelques labos, notamment à Harvard. Notre ambition est de développer une imagerie 3D en y intégrant des processus microbiologiques. Notre originalité tient aussi au fait que nous associons à la démarche expérimentale une démarche couplée en modélisation : nous allons développer de nouveaux modèles de mélange réactifs issus de la mécanique des fluides. Ces modèles développés initialement pour les écoulements turbulents trouvent des applications dans les milieux poreux pour quantifier très finement ce qui se passe à l’interface des fluides qui se mélangent et prédire les taux de réaction qui en résultent à plus grande échelle. Cette partie du projet va se faire en collaboration avec l’université d’Aix-Marseille. AHLG : L'université de Rennes 1, l’UEB et le CNRS vous ont soutenu dans votre démarche de candidature : de quelle façon exactement ? TLB : Je dois remercier effectivement Cécile Rocuet et Alice Ruczinski pour leur aide indispensable ! L’expertise de la 2PE (‘Plateforme Projets Européens’) de l’UEB a été particulièrement utile : soutien au montage du projet, information sur les critères d’application, prise de contact avec les lauréats des années passées pour bénéficier de leur expérience, financement des missions de préparation, correction du dossier de candidature, etc. J’ai également bénéficié de l’aide du S2PE (i.e. le dispositif de ‘Soutien à la Préparation de Projets Européens’ de la Région Bretagne) : ce soutien s’est fait via la DRI (Direction de la Recherche et de l'Innovation) de l’université de Rennes 1. Le CNRS m’a également apporté son aide dans ma démarche de candidature, je pense notamment à Olga Allard de l’INISIS (Institut des Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes) pour la préparation au «grand oral» final ! Comme vous vous en doutez, le processus de candidature a duré plusieurs mois : - La préparation du dossier a commencé en janvier 2014 - le dossier a été déposé à l’ERC en mai 2014, puis évalué par un jury de 11 reviewers - l’oral a eu lieu en novembre 2014 à Bruxelles devant un jury international de 15 évaluateurs - enfin l’annonce du résultat m’est parvenue le 23 janvier 2015 Enfin, la mise en oeuvre scientifique du projet – et son suivi par le Pôle Contrat de la DRI - commencera en 2015 pour une durée de cinq ans : cinq années passionnantes et intenses comme vous pouvez l’imaginer !




Du bassin versant aux pores : illustration du développement naturel d'interfaces de mélange réactives dans le milieu souterrain, entre des eaux récemment infilrées et des eaux souterraines résidentes. Source : Hubbard, S.S. and N. Linde, Hydrogeophysics. In: Peter Wilderer (ed.) Treatise on Water Science, vol. 1, pp. 401–434 Oxford: Academic Press, 2011





Tanguy Le Borgne (à droite) sur le site expérimental de Stang Er Brun, à Ploemeur (56), un des sites du Réseau National de sites Hydrogéologiques H+





Expérience en laboratoire pour l'imagerie 3D d'un traceur en milieu poreux
(thèse Regis Turuban, co-encadrée avec Yves Méheust, OSUR/Géosciences Rennes)





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