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Fil d'actu...

Le projet SiteChar, portant sur le stockage géologique du CO2, a été récompensé par le prix des Etoiles de l'Europe

Décembre 2014

Ce projet européen, piloté par IFPEN, intégrait des modélisations en géosciences, des calculs économiques et un volet "communication" dédié aux aspects sociétaux.
       
Le captage/stockage géologique du CO2 (CSC) est un élément essentiel du portefeuille des technologies bas carbone requises pour lutter contre le changement climatique. Toutefois, son déploiement reste aujourd’hui très lent, du fait :

  • d’un cadre réglementaire et d’une valorisation du CO2 encore insuffisants,
  • de l’absence de démonstrations industrielles,
  • et du manque de soutien du public.

Dans ce contexte, le projet européen SiteChar s’est appliqué à :

  • améliorer la gestion des futurs sites de stockage de CO2,
  • et ainsi à les rendre plus sûrs ;
  • et à répondre aux interrogations de la société civile.

S’intéressant à cinq sites représentatifs des principaux contextes géologiques européens(1), SiteChar a examiné la chaîne de qualification des sites à mettre en œuvre en vue du stockage de CO2.
  
L’objectif était de :

  • vérifier l'adéquation des méthodologies préconisées avec les exigences de la directive européenne,
  • d’identifier et lever les verrous majeurs,
  • de vérifier la pertinence des dossiers de permis de stockage, tout en intégrant un volet sur la faisabilité sociétale du CSC.

SiteChar a ainsi mis à disposition des opérateurs et des régulateurs un guide méthodologique pour l’évaluation des sites de stockage du CO2, outil précieux pour le déploiement de cette pratique à l’échelle industrielle en Europe.
   
IFPEN a déployé son savoir-faire et ses outils logiciels dans toutes les étapes de caractérisation et de modélisation du comportement des sites de stockage de CO2 :
    

A l’échelle du bassin

IFPEN a mis en œuvre ses compétences et apporté son expertise en matière de construction de modèles de bassin et de réservoir, dans le cadre des travaux menés sur les sites écossais et polonais, en intégrant les données sismiques et les données de puits.
    
Ces études ont conduit à valider des workflows permettant de disposer de modèles régionaux et locaux mieux contraints, cohérents avec un découpage en unités hydrogéologiques. Elles ont aussi mis en évidence les problématiques spécifiques rencontrées lors de la construction de modèles de bassin, relatives notamment à l’extension de ces modèles, à l’hétérogénéité des informations disponibles, au manque de certaines données, etc.
   
                          Modèle de bassin élaboré pour la caractérisation du site écossais

 
A l’échelle du réservoir

IFPEN a apporté sa maîtrise de la modélisation d’écoulement pour simuler, sur le site écossais en mer du Nord, différents scénarii d’injection de CO2, permettant de maximiser la quantité stockée tout en minimisant l’impact sur le milieu environnant.
   
L’utilisation de son logiciel COORES™ a permis de comparer le comportement du réservoir et du bassin lorsqu’on injecte du CO2 dans l’aquifère, ou dans le réservoir d’hydrocarbures en fin d'exploitation, avec et sans production de saumure, etc. Cette étude a en outre permis de mieux appréhender l’impact des incertitudes sur les paramètres des modèles d’écoulement.
  
             Comparaison de différentes stratégies d’injection de CO2 sur le site écossais

  
L’injection de CO2 dans un aquifère salin profond augmente la pression interstitielle des formations poreuses et fracturées et modifie l'état de contrainte dans le réservoir et dans la roche environnante. Les failles et les fractures naturelles peuvent alors être réactivées, certaines créées, et permettre la migration du CO2.
  
IFPEN a développé une approche couplée géomécanique-écoulement modélisant l’évolution de la perméabilité de la faille lorsque la structure géologique est modifiée par le processus d’injection, approche permettant de prédire les risques de fuite. Elle a été appliquée sur le site italien via des simulations réalisées avec les logiciels PumaFlow™ et Abaqus™, et l’intégrité des failles a été confirmée sur la base des informations disponibles.
  
Cette étude a permis d’affiner le savoir-faire d’IFPEN en matière d’intégration de modèles géologique, de géomécanique et d’écoulement.
  
                                   Workflow pour le couplage écoulement-géomécanique

A l’échelle de la carotte

L’injection de CO2 dans un aquifère salin peut se traduire par une acidification de la saumure en place et conduire alors à une réaction minérale locale qui modifie les propriétés pétrophysiques du milieu, en particulier sa porosité et sa perméabilité. IFPEN a déployé son expertise en matière de géochimie et pétrophysique pour modéliser les effets d’une injection de CO2 sur un échantillon de grès provenant du champ gazier de Pakoslaw (Pologne).
  
Des simulations d’expériences de cycles d’injection de saumure avec et sans CO2 par modélisation des écoulements réactifs ont été réalisées avec les logiciels COORES™ et Arxim. Elles ont mis en évidence l’évolution, au cours de l’injection de CO2, d’un premier front de dissolution des carbonates, suivi par un second front de précipitation de minéraux tels que la calcite. La comparaison avec des résultats expérimentaux obtenus en laboratoire a permis de valider la méthodologie et de mesurer les effets des approximations introduites dans la modélisation ainsi que des hypothèses émises pour pallier les incertitudes sur certaines données.

 

A l’échelle du pore

IFPEN a déployé son expertise en matière de PNM (Pore Network Model) afin de modéliser les transferts de masse induits par les réactions minérales au cours d’un écoulement de saumure enrichie en CO2.
  
Ces travaux ont permis de mieux comprendre l’évolution de la perméabilité et de la porosité en fonction de l’intensité de l’écoulement et de la réactivité des roches. Ils permettent de consolider l’appréhension des phénomènes physiques à l’échelle de la carotte, phénomènes qui doivent alors être extrapolés à l’échelle du réservoir.

                            Workflow pour la modélisation du transport à l’échelle du pore

   
Dans un autre registre, IFPEN a mobilisé son expertise en économie pour évaluer le coût du stockage du CO2 sur quatre sites correspondant à différents contextes (onshore vs. offshore, aquifère salin profond/réservoir d’hydrocarbures en fin d’exploitation, différents stades de caractérisation).
  
Cette étude a confirmé qu’il est illusoire de chercher à définir un coût moyen pour le stockage du CO2 : la structure des coûts d'un projet de stockage est très hétérogène et dépend fortement

  • du site,
  • des choix techniques,
  • de la stratégie de développement (notamment le taux et la durée de l'injection),
  • et des coûts associés à la fin de l’exploitation du stockage,
  • ainsi que du taux d’actualisation retenu pour un projet de long terme.

Les résultats obtenus dans le projet SiteChar sont cohérents avec les valeurs calculées par la plateforme technologique européenne ZEP, compte-tenu des caractéristiques des quatre sites étudiés.
  
                          Evaluation économique d’un stockage de CO2 sur quatre sites
                                     et comparaison avec les références de la ZEP

Parallèlement à ces activités techniques, IFPEN a apporté son savoir-faire en matière de communication pour élaborer une approche permettant d’appréhender les attentes des citoyens directement concernés par un projet de stockage de CO2, de communiquer avec le grand public et ensuite d’engager un débat local sur un projet environnemental aussi complexe que le CSC.
    
Enfin, IFPEN a coordonné l’élaboration d’une méthodologie et d’un guide de bonnes pratiques pour la caractérisation de sites géologiques en vue d’un dépôt de permis de stockage du CO2, intégrant les données techniques et économiques disponibles, ainsi que certains aspects sociétaux. Ces résultats, notamment du fait du faible nombre de projets CSC en Europe, devraient fournir une aide précieuse aux opérateurs et aux chercheurs désirant mener une évaluation adéquate d’un site potentiel et en démontrer la sécurité et la pérennité.
    
Les méthodologies développées et les résultats obtenus à l'occasion de ces travaux de recherche ont donné lieu à 55 livrables, 4 publications dans Energy Procedia, un numéro spécial d’OGST/La Revue d’IFPEN à paraître en avril 2015, 36 présentations orales ou posters à des conférences internationales. Les résultats du projet ont été présentés et discutés lors de trois workshops et d'une conférence de clôture qui ont rassemblé des représentants de l’ensemble des parties prenantes.

>> lire le communiqué de presse du 17 décembre 2014

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(1) Un site multi-stockage offshore (réservoir d'hydrocarbures et aquifère) en Mer du Nord (Écosse), un aquifère onshore au Danemark, un réservoir de gaz onshore en Pologne, un aquifère offshore en Norvège, et enfin, un aquifère en Mer Adriatique Sud.

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Références

  • Brunsting S., Pol M., Mastop J., Kaiser M., Zimmer R., Shackley S., Mabon L., Howell R., Hepplewhite F., Loveridge R., Mazurowski M. and Rybicki C., 2013. Social Site Characterisation for CO2 storage operations to inform public engagement in Poland and Scotland, Energy Procedia, vol. 37, 7327-7336.
    >> doi:10.1016/j.egypro.2013.06.671  
  • Neele F., Delprat-Jannaud F., Vincké O., Volpi V., Nepveu M., Hofstee C., Wollenweber J., Lothe A., Brunsting S., Pearce J., Battani A., Baroni A. and Garcia B., 2013.The SiteChar approach to efficient and focused CO2 storage site characterisation, Energy Procedia, vol. 37, 4997-5005.
    >> doi:10.1016/j.egypro.2013.06.413
  • Pearce J., Hannis S., Kirby G., Delprat-Jannaud F., Akhurst M., Nielsen C., Frykmann P. and Dalhoff F., 2013. How to submit a CO2 storage permit: Identifying appropriate geological site characterisation to meet European regulatory requirements, Energy Procedia, vol. 37, 7783-7792.
    >> doi:10.1016/j.egypro.2013.06.725 
  • Delprat-Jannaud F., Akhurst M., Pearce J. , Nielsen C., Lothe A., Volpi V., Brunsting S. and Neele F., 2013. Characterisation of storage sites: synthesis and lessons learned from the application of the SiteChar workflow – SiteChar Report D2.1.
    >> http://www.sitechar-co2.eu/ 
  • Delprat-Jannaud F., Pearce J., Akhurst M. and Nielsen C., 2013. Characterisation of storage sites: Best practices and Guidelines developed from the SiteChar project – SiteChar Report D2.4.
    >> http://www.sitechar-co2.eu/ 
  • Neele F., Delprat-Jannaud F., Vincké O., Volpi V., Nepveu M., Hofstee C., Wollenweber J., Lothe A., Brunsting S., Pearce J., Battani A., Baroni A. , Garcia B. and Akhurst M., 2013. SiteChar characterisation workflow – SiteChar Report D1.4.
    >> http://www.sitechar-co2.eu/

 

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