Simulation Haute Performance du stockage géologique de C02 – SHPCO2

Simulation Haute Performance du stockage géologique de C02 (SHPC02) Le stockage géologique de CO2 est une des solutions en cours d'étude au niveau international pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et constitue donc un enjeu environnemental majeur. Un site pilote français est actuellement en cours d'étude dans le cadre du projet ANR/INJECTIVITE pour une injection de CO2 dans l’aquifère du Dogger. Dans ce domaine, la méconnaissance du milieu, le manque d'expériences possibles aux échelles de temps et d'espaces considérées, rend la simulation numérique couplée aux méthodes d'identification et d'évaluation des incertitudes un outil privilégié de la maîtrise des sites de stockage. L'objectif du projet est de lever les verrous scientifiques afin de maîtriser la simulation numérique du stockage géologique de C02 sur des cas réels pour l'étude et la certification des sites de stockage. Ces simulations aux échelles du réservoir et du bassin font intervenir plusieurs dizaines d'espèces chimique par maille, quelques millions de mailles sur une période de temps de 1000 ans environ. Elles couplent les écoulements polyphasiques compositionnels des trois phases eau, huile, gaz dans le milieu poreux avec les réactions de précipitation dissolution des minéraux et les équilibres chimiques en phase aqueuse. Dans ce domaine, l'état de l'art international est actuellement restreint sur des systèmes géochimiques réalistes à quelques dizaines de millier de mailles sur des simulations essentiellement monoprocesseur. Ces limites contraignent, faute de mieux, soit à simplifier la géochimie sans réelle justification physique en se restreignant à quelques minéraux, soit à focaliser les études sur des zones restreintes du bassin. Pour réaliser des simulations intégrant une géochimie réaliste et les échelles d'espace et de temps d'un stockage tel que le site de l'aquifère du Dogger, il est nécessaire de dépasser l'état de l'art actuel de deux ordres de grandeur en ayant recours au calcul massivement parallèle sur plusieurs centaines à un millier de processeurs. Le projet devra résoudre l'ensemble des difficultés d'une telle simulation, à savoir les différentes échelles de temps, le déplacement des zones réactives au cours de la simulation, le coût fortement variable en espace et en temps des calculs géochimiques locaux aux mailles et le couplage du transport réactif avec l'écoulement polyphasique. A cette fin, on étudiera des méthodes de décomposition de domaine espace temps de façon à résoudre efficacement les différentes échelles de temps, des algorithmes de type Newton Krylov préconditionnés pour résoudre les systèmes non linéaires de grandes tailles, et des méthodologies de parallélisation s'appuyant sur des méthodes de repartitionnement dynamique. Les algorithmes seront mis en oeuvre et pérennisés au sein de la plateforme ARCANE développée par le CEA-DAM et adaptée aux calculs distribués sur des grilles 2D et 3D. Cette plateforme fait l'objet d'une collaboration scientifique entre l'IFP et le CEA-DAM pour la faire évoluer et y intégrer de nouveaux services. Par ailleurs l'IFP s'appuie depuis 2006 sur cette plateforme pour y développer notamment un nouveau module d'écoulement polyphasique compositionnel en milieux poreux qui servira de point de départ à ce projet. A l'issu du projet, les résultats seront valorisés au travers de cette plateforme et d'une collaboration entre l'IFP et le BRGM qui vise à développer un nouveau simulateur de stockage géologique de CO2 et à moyen terme à le valoriser à travers des études et/ou une commercialisation. Par ailleurs, la diffusion des résultats du projets, dont certains modules en logiciels libres, favorisera leur application à d'autres domaines comme l'émission d'hydrogène dans les stockages de déchets radioactifs.