Both experimental study and numerical modelling of the effect of temperature gradient on CO2 injection

CO2 injection and underground storage obviously requires dealing with temperature differences between the injection well and the reservoir. Temperature enhances both species transport and reactions kinetics, while CO2 solubility also greatly decreases with temperature. This point could be of great importance especially in wellbore surroundings, although it has not been the subject of devoted studies up to now. To assess this issue, an experimental set up, COTAGES, has been designed (Fig.1). It consists in a 0.72m-long cylindrical autoclave (the diameter is 2.1cm) that can be filled with 12 fiberglass/teflon packets containing 12.5 grams of mineral grains and a pre-equilibrated saline aqueous solution. When loaded, one end of the autoclave is heaten up and maintained at 100°C. After having reached a steady-state, the other end is around 30°C. Finally, CO2 is injected in the cold zone (100 bars) and, from this moment, the experiment lasts 1 month while both pressure and temperatures (3 zones) are being monitored. The first results show the same general trend for both a reservoir rock such as oolitic limestone (Lavoux, France) and clay minerals such as COx argillite (Lundin, France). In these two experiments, a global mass loss is observed for all the packets except for those comprised between 75 and 95°C. There, a mass gain is noted and is remarkably important in the case of clay (greater than 11.5%). The greater losses are recorded around 65-70°C and are also of greater importance for COx clay (up to 10.0%). During the whole experiments, quite important variations of the total pressure are observed. Even if they are partly related to CO2 dissolution into water and to temperature variations (due to regulation), they shall also depend on involved chemical reactions. Indeed, after injection, pressure drastically decreases (up to 50 bar less). Since CO2 solubility is higher in the cold zone (more than 4 times), the aqueous solution gets more acidic there. It leads to a more important carbonates dissolution, thus to increases of CO2 fugacity and consequently of the global pressure. Furthermore, the calcium content tends to be greater in this cold-dissolution zone then Ca diffuses towards the hotter zone locally and it implies calcite precipitation. As evidence of this phenomenon, plugs, related to massive calcite precipitation, are observed in these regions and newly crystallized calcite can be seen on SEM images. In order to clearly understand the reasons of the observed behaviour, numerical computations performed with the reaction-transport code HYTEC have to be run. Several scenarios can thus be simulated to check various assumptions. Firstly, different initial repartitions of the CO2 can be tested: in some kind of reservoir in the cold/injection zone or everywhere in the autoclave (due to high initial pressure gradient). Secondly, the competition between the implied processes, their respective kinetics and their temperature dependance can be assessed too: thermodynamics and/or kinetics of chemical reactions and transport kinetics (diffusion). Modeling becomes then of great help to interpret the experimental results and even to better design the evolution of the experimental set-up

Corrélats cérébraux de la consolidation de la mémoire émotionnelle. Etude en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle.

La mémoire est la capacité du système nerveux à bénéficier de l’expérience. La trace mnésique est initialement fragile et nécessite une période de consolidation pour la rendre résistante aux interférences. La consolidation s’opère au niveau microscopique et au niveau systémique, probablement par une réorganisation de la trace mnésique dans des aires cérébrales différentes. La mémoire est une entité hétérogène. Elle comprend la mémoire déclarative, qui est la mémoire des faits et des évènements et qui dépend des régions temporales médiales, et la mémoire procédurale, qui est la mémoire des habilités motrices. Plusieurs facteurs peuvent influencer la consolidation de la mémoire déclarative, notamment l’émotion et le sommeil. Les évènements émotionnels sont mieux remémorés que les évènements neutres. Cette augmentation des performances provient de l’activation de l’amygdale, qui module le cortex temporal médial lors de la présentation d’informations émotionnelles. D’autre part, le sommeil est propice à la consolidation de la mémoire. En effet, une privation de sommeil altère les performances, des stimulations durant le sommeil permettent de renforcer les souvenirs et les schémas cérébraux associés à une tâche durant l’éveil sont réactivés durant le sommeil post-apprentissage. Il existe un nombre très limité d’études ayant investigué le rôle du sommeil dans la consolidation de la mémoire émotionnelle. Pourtant, chez l’homme, une période de sommeil est plus favorable à la récupération d’évènements émotionnels par rapport à des événements neutres qu’une période d’éveil équivalente. Les corrélats cérébraux impliqués dans la consolidation de la mémoire émotionnelle, favorisée ou non par le sommeil, n’ont jamais été investigués. Répondre à cette question représente l’objectif principale de cette thèse. Nous avons réalisé quatre études en imagerie par résonance magnétique chez l’homme. Dans la première étude de cette thèse, nous avons étudié les corrélats cérébraux de la récupération de la mémoire émotionnelle à l’éveil. Les volontaires ont encodé des visages neutres présentés dans un contexte émotionnel ou neutre. La récupération des visages a été réalisée cinq minutes après la session d’encodage. Nous avons observé que l’amygdale et le cortex temporal médial sont significativement plus recrutés pour les visages reconnus encodés dans un contexte émotionnel que ceux encodés dans un contexte neutre. Par une mesure du diamètre pupillaire, nous avons ensuite corrélé la réponse cérébrale de la récupération avec l’éveil émotionnel autonome induit lors de l’encodage. Nous avons observé qu’une région du tronc cérébral compatible avec le locus coeruleus est significativement activée lors de la récupération des visages encodés dans un contexte émotionnel, en proportion de l’éveil autonome. Nous avons également démontré que le locus coeruleus était fonctionnellement connecté à l’amygdale. Ce résultat démontre pour la première fois le rôle du locus coeruleus dans la récupération de la mémoire émotionnelle chez l’homme. Celui-ci est un site majeur de la sécrétion de noradrénaline, qui est elle-même impliquée dans la modulation de l’hippocampe par l’amygdale, modulation qui favorise la mémorisation des stimuli émotionnels.Dans la deuxième étude de cette thèse, nous avons étudié le rôle du sommeil dans la consolidation de la mémoire émotionnelle. Après avoir encodé des images négatives, neutres et positives, les volontaires ont été séparés en deux groupes. La moitié des volontaires a été autorisée à dormir, tandis que les autres ont été privés de sommeil la nuit suivant l’encodage. Après deux nuits de récupération, nous avons testé le rappel des stimuli émotionnels et neutres. La privation de sommeil altère les performances pour les images neutres et positives mais par pour les images négatives qui induisent un éveil émotionnel plus large. Au niveau cérébral, les sujets autorisés à dormir recrutent significativement plus l’hippocampe et le cortex préfrontal médial pour le rappel des stimuli émotionnels. Ces régions sont fonctionnellement connectées, ce qui reflète probablement le processus de consolidation. Les sujets privés de sommeil recrutent un réseau alternatif, incluant l’amygdale et le cortex occipital, uniquement pour les stimuli négatifs, ce qui leur permet de pallier l’effet délétère de la privation de sommeil sur la mémoire. Dans la troisième étude de cette thèse, nous avons étudié le rôle du sommeil dans la consolidation de la mémoire émotionnelle à long terme. Nous avons contacté les volontaires de l’étude précédente 6 mois plus tard et nous leur avons demandé de se souvenir des images présentées lors de l’encodage. Nous avons observé que les sujets autorisés à dormir activaient significativement plus le cortex médial préfrontal, l’amygdale et le cortex occipital que les sujets privés de sommeil 6 mois plus tôt. De plus, l’amygdale est fonctionnellement connectée à ces deux régions corticales. Ce résultat indique que le sommeil favorise la réorganisation graduelle de la trace mnésique émotionnelle au cours du temps dans des régions corticales et amygdaliennes.Dans la quatrième étude de cette thèse, nous avons étudié le rôle particulier du sommeil paradoxal ou sommeil REM (Rapid Eye Movement sleep) dans la consolidation des souvenirs émotionnels. Les sujets ont encodé des amorces auditives associées à la présentation de visages négatifs ou neutres. Nous avons présenté ces amorces durant le sommeil REM phasique de fin de nuit et avons observé une augmentation du rappel des visages négatifs et neutres par rapport à un groupe de sujets ayant réalisé le même encodage mais n’ayant pas reçu d’amorces durant le sommeil. Nous avons réalisé plusieurs groupes contrôles afin de vérifier que cette augmentation de performances était due à une plasticité cérébrale spécifique du sommeil REM. Nous avons également montré que la trace mnésique neutre et émotionnelle a été réorganisée au niveau cortical dans un réseau auditif-visuel dans lequel la trace mnésique a été encodée. Ce réseau cérébral est spécifique au groupe de sujets ayant reçu des sons conditionnés durant le sommeil REM et n’est pas présent dans les autres groupes contrôles. Ces résultats démontrent donc que le sommeil REM est favorable à la consolidation des traces mnésiques déclaratives.Dans l’ensemble, ces résultats démontrent que le sommeil est un état favorable à la consolidation de la trace mnésique émotionnelle. Nous avons observé qu’une période de sommeil réorganise les souvenirs dans des aires cérébrales différentes. Ceci plaide en faveur de la théorie classique de la consolidation qui préconise que la trace mnésique fraîchement acquise s’établit dans des aires corticales différentes lorsqu’elle est consolidée. Plusieures aires cérébrales semblent jouer un rôle majeur dans cette consolidation : l’amygdale qui est impliquée dans l’augmentation de la mémorisation des souvenirs émotionnels, l’hippocampe qui est responsable de l’encodage des informations déclaratives et qui se désengage progressivement du réseau cérébral qui sous-tend l’information, le cortex préfrontal médial qui intervient dans la récupération de la mémoire émotionnelle à long terme

Les interactions fluide/roche : des vitraux médiévaux à la séquestration géologique du CO2

Ce manuscrit fait le bilan de mes recherches post-thèse qui concernent la géochimie vue d'un point de vue expérimental et analogique

Neural correlates of generation and inhibition of verbal association patterns in mood disorders

Objectives: Thought disorders such as rumination or flight of ideas are frequent in patients with mood disorders, and not systematically linked to mood state. These symptoms point to anomalies in cognitive processes mediating the generation and control of thoughts; for example, associative thinking and inhibition. However, their neural substrates are not known. Method: To obtain an ecological measure of neural processes underlying the generation and suppression of spontaneous thoughts, we designed a free word association task during fMRI allowing us to explore verbal associative patterns in patients with mood disorders and matched controls. Participants were presented with emotionally negative, positive or neutral words, and asked to produce two words either related or unrelated to these stimuli. Results: Relative to controls, patients produced a reverse pattern of answer typicality for the related vs unrelated conditions. Controls activated larger semantic and executive control networks, as well as basal ganglia, precuneus and middle frontal gyrus. Unlike controls, patients activated fusiform gyrus, parahippocampal gyrus and medial prefrontal cortex for emotional stimuli. Conclusions: Mood disorder patients are impaired in automated associative processes, but prone to produce more unique/personal associations through activation of memory and self-related area

Decoding sequence learning from single-trial intracranial EEG in humans.

We propose and validate a multivariate classification algorithm for characterizing changes in human intracranial electroencephalographic data (iEEG) after learning motor sequences. The algorithm is based on a Hidden Markov Model (HMM) that captures spatio-temporal properties of the iEEG at the level of single trials. Continuous intracranial iEEG was acquired during two sessions (one before and one after a night of sleep) in two patients with depth electrodes implanted in several brain areas. They performed a visuomotor sequence (serial reaction time task, SRTT) using the fingers of their non-dominant hand. Our results show that the decoding algorithm correctly classified single iEEG trials from the trained sequence as belonging to either the initial training phase (day 1, before sleep) or a later consolidated phase (day 2, after sleep), whereas it failed to do so for trials belonging to a control condition (pseudo-random sequence). Accurate single-trial classification was achieved by taking advantage of the distributed pattern of neural activity. However, across all the contacts the hippocampus contributed most significantly to the classification accuracy for both patients, and one fronto-striatal contact for one patient. Together, these human intracranial findings demonstrate that a multivariate decoding approach can detect learning-related changes at the level of single-trial iEEG. Because it allows an unbiased identification of brain sites contributing to a behavioral effect (or experimental condition) at the level of single subject, this approach could be usefully applied to assess the neural correlates of other complex cognitive functions in patients implanted with multiple electrodes

CO2-Dissolved : A Novel Approach to Combining CCS and Geothermal Heat Recovery

International audienceThis paper presents the outline of the CO2-DISSOLVED project whose objective is to assess the technical-economic feasibility of a novel CCS concept integrating geothermal energy recovery, aqueous dissolution of CO2 and injection via a doublet system, and an innovative post-combustion CO2 capture technology. Compared to the use of a supercritical phase, this approach offers substantial benefits in terms of storage safety, due to lower brine displacement risks, lower CO2 escape risks, and the potential for more rapid mineralization. However, the solubility of CO2 in brine will be a limiting factor to the amount of CO2 that can be injected. Consequently, and as another contributing novel factor, this proposal targets low to medium range CO2-emitters (ca. 10-100 kt/yr), that could be compatible with a single doublet installation. Since it is intended to be a local solution, the costs related to CO2 transport would then be dramatically reduced, provided that the local underground geology is favorable. Finally, this project adds the potential for energy and/or revenue generation through geothermal heat recovery. This constitutes an interesting way of valorization of the injection operations, demonstrating that an actual synergy between CO2 storage and geothermal activities may exist

Complementary roles of slow-wave sleep and rapid eye movement sleep in emotional memory consolidation

Although rapid eye movement sleep (REM) is regularly implicated in emotional memory consolidation, the role of slow-wave sleep (SWS) in this process is largely uncharacterized. In the present study, we investigated the relative impacts of nocturnal SWS and REM upon the consolidation of emotional memories using functional magnetic resonance imaging (fMRI) and polysomnography (PSG). Participants encoded emotionally positive, negative, and neutral images (remote memories) before a night of PSG-monitored sleep. Twenty-four hours later, they encoded a second set of images (recent memories) immediately before a recognition test in an MRI scanner. SWS predicted superior memory for remote negative images and a reduction in right hippocampal responses during the recollection of these items. REM, however, predicted an overnight increase in hippocampal–neocortical connectivity associated with negative remote memory. These findings provide physiological support for sequential views of sleep-dependent memory processing, demonstrating that SWS and REM serve distinct but complementary functions in consolidation. Furthermore, these findings extend those ideas to emotional memory by showing that, once selectively reorganized away from the hippocampus during SWS, emotionally aversive representations undergo a comparably targeted process during subsequent REM

Overnight consolidation aids the transfer of statistical knowledge from the medial temporal lobe to the striatum

Sleep is important for abstraction of the underlying principles (or gist) which bind together conceptually related stimuli, but little is known about the neural correlates of this process. Here, we investigate this issue using overnight sleep monitoring and functional magnetic resonance imaging (fMRI). Participants were exposed to a statistically structured sequence of auditory tones then tested immediately for recognition of short sequences which conformed to the learned statistical pattern. Subsequently, after consolidation over either 30min or 24h, they performed a delayed test session in which brain activity was monitored with fMRI. Behaviorally, there was greater improvement across 24h than across 30min, and this was predicted by the amount of slow wave sleep (SWS) obtained. Functionally, we observed weaker parahippocampal responses and stronger striatal responses after sleep. Like the behavioral result, these differences in functional response were predicted by the amount of SWS obtained. Furthermore, connectivity between striatum and parahippocampus was weaker after sleep, whereas connectivity between putamen and planum temporale was stronger. Taken together, these findings suggest that abstraction is associated with a gradual shift from the hippocampal to the striatal memory system and that this may be mediated by SWS

Role of Impurities on CO2 Injection: Experimental and Numerical Simulations of Thermodynamic Properties of Water-salt-gas Mixtures (CO2 + Co-injected Gases) Under Geological Storage Conditions

International audienceRole of impurities on CO 2 injection: experimental and numerical simulations of thermodynamic properties of water-salt-gas mixtures (CO 2 + co-injected gases) under geological storage conditions Abstract Regarding the hydrocarbon source and CO 2 capture processes, fuel gas from boilers may be accompanied by so-called "annex gases" which could be co-injected in a geological storage. These gases, such as SOx, NOx, or oxygen for instance, are likely to interact with reservoir fluids and rocks and well materials (casing and cement) and could potentially affect the safety of the storage. However, there are currently only few data on the behaviour of such gas mixtures, as well as on their chemical reactivity, especially in the presence of water. One reason for this lack comes from the difficulty in handling because of their dangerousness and their chemical reactivity. Therefore, the purpose of the Gaz Annexes was to develop new experimental and analytical protocols in order to acquire new thermodynamic data on these annex gases, in fine for predicting the behaviour of a geological storage of CO 2 + co-injected gases in the short, medium and long terms. This paper presents Gaz Annexes concerning acquisition of PVT experimental and pseudo-experimental data to adjust and validate thermodynamic models for water / gas / salts mixtures as well as the possible influence of SO 2 and NO on the geological storage of CO 2. The Gaz Annexes s new insights for the establishment of recommendations concerning acceptable content of annex gases