Phénomènes de localisation hydro-chimio-mécanique dans le cadre de la séquestration géologique du CO2 – LOCCO

Selon le rapport de synthèse AR6 du GIEC: Climate Change 2023, dans les trajectoires mondiales modélisées qui limitent le réchauffement climatique à 2°C ou moins, presque toute l'électricité est fournie par des sources à zéro ou à faible émission de carbone en 2050, telles que les énergies renouvelables ou les combustibles fossiles avec capture et stockage du CO2 (CSC). Le CSC dans les formations géologiques profondes est donc apparu comme une option importante pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et les installations de CSC continuent de croître en Europe, même si les taux de déploiement du CSC sont bien inférieurs à ceux envisagés pour limiter le réchauffement climatique. Des conditions favorables telles que des instruments politiques adaptés, un plus grand soutien public mais aussi la levée de verrous scientifiques et l'innovation technologique pourraient réduire ces obstacles. L'objectif de LOCCO est de travailler sur ces actions, pour mieux comprendre l'interaction entre le CO2 stocké en sous-sol et la roche couverture. Cette dernière doit agir comme une barrière à la migration de CO2 à long terme. L'objectif est d'améliorer les performances des technologies actuellement adoptées dans le CSC, en étudiant le rôle des processus couplés se produisant au sein du réservoir géologique, généralement une roche aquifère, et à son interface avec la roche couverture. Les principaux phénomènes hydro-chemo-mécaniques, qui pourraient nuire au potentiel d'étanchéité et à l'intégrité structurelle de la roche riche en argile, seront étudiés en laboratoire sur des matériaux analogues et modélisés grâce à de nouveaux outils numériques.
En particulier LOCCO vise à mettre en lumière les processus se produisant à différentes échelles spatiales dus à l'interaction entre le panache de CO2 supercritique (scCO2) et la roche couverture, ce qui favorisera une compréhension plus complète du processus d'interaction saumure/scCO2/roche couverture.
Les mécanismes d'interaction suivants entre la saumure acidifiée et la roche couverture riche en argile seront abordés :
M1. Effets de la dissolution localisée, en cas de diffusion de CO2 et d'infiltration visco-capillaire à travers la roche couverture, sur le déclenchement potentiel de déformations localisées. En raison de la réactivité chimique, renforcée par les inclusions carbonatées au sein de la roche couverture, la dissolution localisée des minéraux de calcite par le panache acide de CO2 pourrait altérer l'étanchéité, la raideur et la résistance du matériau constituant la roche couverture.
M2. Effet de la dissolution de la matrice solide constituant la roche couverture sur l'écoulement diphasique à l'échelle microscopique. Des méthodes de homogénéisation seront appliquées pour obtenir une paramétrisation de la diffusivité, de la perméabilité et des propriétés de rétention par l'évolution de la porosité due à la dissolution.
M3. Effet des processus d'écoulement réactif et de dissolution sur l'évolution de la microstructure et, par conséquent, sur l'évolution des propriétés hydromécaniques apparentes associées à l'échelle macroscopique.
Le projet adoptera une approche interdisciplinaire et utilisera des méthodes numériques et expérimentales, des techniques de traitement d'images et de traitement de données. Des modèles numériques des mécanismes couplés mentionnés ci-dessus seront développés à l'échelle centimétrique d'un échantillon de laboratoire (voir M1), qui pourrait également être considéré comme un volume élémentaire représentatif (VER) de la roche couverture, et à l'échelle microscopique (voir M2 et M3), proposant un modèle de type mécanique des milieux continus et un modèle de réseau de pores afin de décrire les phénomènes se vérifiant à l'échelle des pores. Des modèles physiques seront conçus à partir de roches tendres analogues et testés sous des charges représentatives des conditions attendues à l'interface entre la roche réservoir et la roche couverture.