UMR CNRS 5805 EPOC
Environnements et Paléoenvironnements
Océaniques et Continentaux

        

Consignes de Sécurité et Numéros d'Urgence
(à l'usage des personnels du laboratoire)

October 4, 2024

David SEGURA

Adrian Cerepi / Corinne Loisy

Mme MARTINEZ Isabelle Pr., Université Paris Cité et IPGP, Rapporteur
M. GALLIERO Guillaume Pr., Univ. De Pau et des Pays de l'Adour, Rapporteur
M. GARCIA Bruno IR., IFP Énergies Nouvelles, Examinateur
Mme BENEZETH Pascale DR., CNRS Toulouse, Examinateur
M. RHINO Kévins IR., BRGM, Examinateur
M. CEREPI Adrian Pr., Univ. de Bordeaux, Directeur
Mme LOISY Corinne Pr., Univ. de Bordeaux, Codirectrice
Mme HAEMMERLEIN Mathilde IR., ADEME, Invitée

La prise de conscience de la communauté internationale et la convergence des données scientifiques autour du réchauffement climatique confirment l'urgence de déployer des technologies pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Cependant, ces gaz peuvent s'échapper des réservoirs géologiques profonds et migrer vers les aquifères sus-jacents et la surface. Il est donc nécessaire de mettre en place des systèmes de surveillance du stockage géologique du CO₂ pour détecter ces éventuelles fuites et évaluer leur importance et leur impact sur la qualité de l'eau des aquifères. En cas de fuite dans le contexte de réservoirs utilisés pour le stockage du CO₂, le CH₄ résiduel du réservoir de stockage sera probablement entraîné avec le CO₂. Cependant, peu d'études ont abordé les implications de la présence de CH₄, et aucune son potentiel en tant que gaz précurseur permettant la surveillance des fuites d'un stockage géologique.
L'étude des processus physico-chimiques et des impacts des fuites de CO₂ associées au CH₄ en cas de fuite sur un aquifère carbonaté proche de la surface nécessite une meilleure caractérisation des processus multi-échelles tels que la dissolution à l'échelle du réseau poreux ou le transport des panaches à l'échelle macroscopique. Les méthodes expérimentales et de modélisation utilisées individuellement donnent des réponses à des questions sur des processus particuliers, mais ces méthodes ont des limites si elles sont utilisées individuellement. Par conséquent, une approche hybride et multi-échelle est nécessaire.
Le site expérimental de Saint-Émilion, avec huit forages déjà en place au niveau de l'aquifère de l'Oligocène supérieur, et les expériences passées portant sur les fuites sur les aquifères, offre une excellente opportunité pour une étude multi-échelle expérimentale et de modélisation. Dans cette thèse, l'impact des fuites a été étudié à l'échelle de la carotte en laboratoire, plus spécifiquement sur la compréhension des facteurs contrôlant les processus de dissolution tels que les faciès sédimentaires carbonatés, la vitesse de la nappe, la salinité et de la concentration de CO₂. À l'échelle macroscopique, une expérience d'injection d'eau riche en CO₂-CH₄ a été menée sur le site de Saint-Émilion pour mieux comprendre le comportement physico-chimique du CO₂ et du CH₄ dans l'aquifère carbonaté. Enfin, les résultats expérimentaux ont été utilisés pour la simulation 3D du transport réactif lors d'un événement de fuite, avec le but de vérifier les résultats expérimentaux et d'étudier les processus de fuite à l'échelle macroscopique dans diverses conditions.
Des relations ont été établies entre la cinétique de dissolution des carbonates, la concentration de CO₂, le débit d'injection et la salinité. Des liens entre la cinétique de dissolution et l'évolution de la porosité, de la perméabilité, des paramètres électriques et le type de faciès sédimentaire ont été déterminés. L'expérience d'injection sur le site de Saint-Émilion a révélé que : i) certains paramètres physico-chimiques permettent de distinguer la fuite des gaz du signal physico-chimique naturel de l'aquifère ; ii) le déplacement du panache de CO₂ est retardé par rapport au déplacement du panache de CH₄ ; et iii) la corrélation entre la conductivité électrique et la concentration en CO₂ permet de détecter et de suivre une fuite de CO₂. De plus, l'approche par modélisation numérique du transport réactif nous a permis d'étudier comment les paramètres de la fuite peuvent modifier la propagation des panaches de CO₂ et de CH₄ en trois dimensions dans les milieux poreux. La modélisation a également permis d'établir l'influence des interactions de surface sur le transport du CO₂ et du CH₄. Ces résultats influent directement sur l'élaboration de stratégies efficaces de surveillance et d'atténuation des fuites de CO₂ et de CH₄ dans les sites de stockage géologique.