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Volet 2 : "La minéralisation du carbone"

La minéralisation du carbone est une option intéressante pour un stockage à long terme des excédents de CO2. A l’opposé des méthodes classiques de stockage en phase gaz ou en solution dans l’eau de formation, le stockage est obtenu par remobilisation des cations des roches aluminosilicatées pour former des carbonates. Cette technique de stockage répond, de fait, aux exigences d’irréversibilité sur de longues périodes (>1000 ans).

Ce n’est que très récemment que des études expérimentales ont permis d’évaluer les caractéristiques thermodynamiques des échanges eau-roche dans les systèmes permettant une redistribution des cations (i.e Ca, Mg, Fe) et la minéralisation du carbone sous forme de carbonates. Les principaux travaux expérimentaux ont été réalisés sur des matériaux non cohésifs (i.e. granulaires) reconstitués à partir de mélanges de roches broyées [Kuzuka et al., 2003].

Il est donc encore impossible de mesurer les effets de ces transferts de masse sur les propriétés hydrodynamiques et d’en tirer des conclusions sur les propriétés géophysiques qui pourraient être utilisées pour le monitoring du site (e.g. propagation des ondes acoustiques).

Pour les mêmes raisons, la distribution des phases dissoutes et la localisation dans l’espace des phases précipitées n’est pas possible, puisque les travaux de microanalyse sont réalisés sur le prélèvement d’échantillons granulaires ne pouvant être référencés dans l’espace.

Notre objectif est de réaliser des expériences de percolation de fluides fortement enrichis en CO2 dans les conditions typiques de stockage (T ≤ 200°C, P ≤ 20 MPa, fluides salins saturés en CO2) pour des systèmes potentiellement donneurs de cations en milieu acide. Ces travaux ont étés initiés en 2005 dans le cadre de collaborations de recherche avec TOTAL et l’ADEME. Les roches étudiées seront issues soit directement des réservoirs pressentis pour un pilote de stockage en France (Permien-Trias du Bassin de Paris) ou de champs pétroliers cibles, soit d’analogues comme le Trias Moyen du bassin de Lodève. Néanmoins, les environnements sédimentaires adaptés à ce type de stockage sont en réalité peu nombreux.

Au contraire, les roches d’origine mantellique contiennent en quantité des aluminosilicates riches en Ca, Fe et Mg, et sont donc des candidats potentiels pour la minéralisation du carbone. L’olivine, l’orthopyroxène, le clinopyroxène et la serpentine sont susceptibles de minéraliser le CO2 le plus efficacement (> 1200 kg CO2/m3), soit, par exemple, 80 fois plus que pour la plus part des grés de réservoir [Xu et al., 2004]. Nos travaux de recherche seront donc menés en parallèle sur les roches sédimentaires et les roches ultrabasiques (péridotites ou frittés artificiels d’olivines).

Pour acquérir les données nécessaires à la modélisation des processus de minéralisation du carbone, nous prévoyons un programme expérimental sur plusieurs années (expériences longues car cinétiques lente).

Ce travail a été initié en 2006 par la construction du banc expérimental MICRO-LAB permettant de réaliser des percolations réactives en système fermé (condition de champ lointain) aux pressions et températures des réservoirs (> 200°C , > 20MPa).

Pour optimiser l’acquisition des données un second banc du même type devra être réalisé en 2007-2008. Les modèles numériques développés pour simuler les processus de dissolution (volet 1) seront implémentés pour rendre compte les processus de précipitation.