Résumé
La plupart des pays industrialisés ont maintenant entrepris de réduire de façon significative leurs émissions de gaz à effet de serre. Les procédés de captage et de stockage géologique du CO2 sont entrés dans une phase opérationnelle avec l'émergence de plusieurs sites-pilotes où différentes technologies sont testées. La majeure partie du coût total induit intervient pendant la capture, lors de l’étape de séparation lors de laquelle le CO2 est dissocié des autres constituants gazeux. La composition du mélange gazeux peut varier considérablement, qualitativement et quantitativement, suivant l’origine du CO2, le procédé de captage retenu et le secteur industriel concerné. Outre le CO2, plusieurs composants peuvent être présents à divers niveaux de concentrations ; par exemple O2, N2, SOx, H2S, NyOx, H2, CO et Ar dans le domaine de l’énergie. Ces impuretés peuvent avoir un impact sur la réactivité chimique avec l’eau, les minéraux constituant les réservoirs et les couvertures, et les matériaux formant les puits d’injection ou de monitoring présents sur les sites. De plus, quelques impuretés (SOx, H2S, NyOx, CO) sont toxiques pour la santé humaine et l’environnement, même à de faibles concentrations.
Le rôle de ces impuretés sur le comportement géochimique des sites de stockage est aujourd’hui assez peu documenté (quelques résultats expérimentaux sur le mélange CO2-H2S et des simulations géochimiques sur CO2-H2S/SO2). En 2006, deux projets financés par l’ANR, « Puits-CO2 » et « Gaz Annexes », ont démarré et se sont principalement focalisés sur la caractérisation expérimentale de l’impact des mélanges de gaz sur la réactivité de minéraux et matériaux mis en jeu dans le stockage géologique du CO2. L’Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL) a dirigé le second projet, qui s’est terminé en mai 2011 et a conduit à d’importants résultats expérimentaux et de modélisation sur les constituants gazeux pris individuellement et même à une première investigation sur le système eau-mélange de gaz-roche.
Grâce à l’expérience et au matériel acquis de ces précédents efforts de recherche, il semble approprié de proposer un nouveau projet pour étudier le comportement des mélanges de gaz co-injectés dans les conditions du stockage. Pour cette investigation, notre équipe de recherche concentrera sur la modélisation numérique du système eau-gaz-roche. L’objectif principal sera alors de réaliser des simulations géochimiques pour modéliser le comportement à long terme des gaz co-injectés dans les sites de stockage de CO2. Nous allons, en conséquence, nous intéresser :
- à l’impact du CO2 et des gaz co-injectés sur les minéraux et la géochimie du réservoir, et
- aux possibles inférences sur l’environnement en cas de fuite.
À cet effet, nous recommandons d'élargir les banques de données thermodynamiques par l’acquisition de données expérimentales manquantes qui permettront de caler et de valider les équations d’état adaptées à ces systèmes. Une série d'expériences en présence de roche-réservoir et de mélanges de gaz, menées en conditions réalistes de pression et de température, sera confrontée aux résultats des simulations numériques, pour in fine, valider les codes nouvellement implémentés. Notre programme de recherche se focalisera sur un nombre restreint de gaz d'intérêt (SO2, NO, O2) et nous évaluerons leur influence sur des roches-réservoirs (silicates + argiles) supposées offrir une réactivité spécifique (i.e. minéraux contenant du fer). Pour de tel échantillons de roches-réservoirs, les connaissances acquises sur le devenir des impuretés dans le réservoir amèneront quelques conclusions sur la composition de fuites accidentelles et leurs impacts sur l’environnement et la santé. Finalement, en intégrant l’ensemble des résultats du projet, quelques premières recommandations en terme de composition du flux de CO2 injecté seront formulées de manière à minimiser les risques environnementaux.