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Le 16/06/2014

Un modèle réduit de puits d’injection pour le stockage de CO₂ en aquifère salin à GeoRessources

Deux chercheurs nancéiens ont conçu un dispositif expérimental qui permet de valider la faisabilité d'une approche innovante combinant stockage géologique du CO₂ sous forme dissoute et production de chaleur géothermique. Une première.

 

 

Comment stocker les émissions industrielles de CO₂ tout en produisant de l'énergie géothermique ? C'est le défi qu'entend relever l'équipe du projet international "CO₂-DISSOLVED" financé par l'ANR et coordonné par le BRGM*. Afin de mieux appréhender les mécanismes d'interaction entre l'eau et la roche-réservoir induits par cette approche innovante, Jérôme Sterpenich et Aurélien Randi, deux chercheurs du laboratoire GeoRessources, ont récemment développé un nouveau dispositif expérimental visant à reproduire, à échelle réduite, le dispositif d'injection de la saumure acidifiée par le CO₂ dans le réservoir. Leur prototype, baptisé "MIRAGES 2", est destiné à acquérir des données indispensables à la validation d'un futur "système d'injection et de stockage de CO₂ sûr et optimisé pour la valorisation locale de l'énergie géothermique produite, explique Jérôme Sterpenich, responsable de l'équipe "Stockages géologiques et Géothermie". La technologie que le projet CO₂-DISSOLVED propose de mettre en œuvre est complémentaire des procédés de stockage classique et offre une nouvelle voie de production d'énergie propre. Elle est particulièrement adaptée aux industries faiblement émettrices de CO₂ (de 10 000 à 150 000 tonnes par an) : agroalimentaire, industries papetières, verrières, etc.". L'idée à la base de ce projet consiste à extraire de l'eau salée chaude dans un aquifère profond, à dissoudre dans cette eau le CO₂ contenu dans les fumées industrielles avant de la réinjecter dans le même réservoir après en avoir récupéré les calories. Ce procédé d'extraction/réinjection serait réalisé par l'intermédiaire d'un ensemble de deux puits (doublet), très similaire à ce qui est utilisé couramment pour la géothermie basse température.

 
Minimiser les risques, réduire les coûts et produire de la chaleur
 

Notamment constitué de pompes, de capteurs de mesure sous pression et d'un autoclave, "une cocotte-minute résistant à des pressions de près de 300 bars", "MIRAGES 2" se présente comme un modèle réduit de puits d'injection. Ce banc expérimental permet de reproduire des conditions de stockage de CO₂ dans un aquifère salin jusqu'à 2 000 mètres de profondeur. "En général, on envisage d'injecter le CO₂ à l'état gazeux dans des réservoirs géologiques profonds, ce qui permet d'en stocker de grandes quantités. Cependant cette technique présente des risques potentiels de remontée du CO₂ gazeux vers les formations géologiques plus superficielles. Par ailleurs, les procédés actuels de captage du CO₂ dans les fumées industrielles font appel à des solvants organiques et s'avèrent particulièrement coûteux en énergie. L'approche proposée dans le projet CO₂-DISSOLVED combine le captage de CO₂ à moindre coût en utilisant l'eau comme solvant (technologie propriétaire apportée par notre partenaire américain), son stockage sous forme dissoute pour éviter une trop forte pression dans la roche et éliminer tout risque de fuite, et enfin la production de chaleur" se réjouit Jérôme Sterpenich. L'eau extraite jusqu'à 2 000 m de profondeur peut en effet atteindre une température de 80°C. Elle pourrait ainsi répondre en partie aux besoins propres de l'industriel émetteur et/ou alimenter un réseau de chaleur avant d'être réinjectée dans le sous-sol, après avoir été saturée en CO₂ dissous.

 

Comment se comportent les roches et les matériaux du puits dans ces conditions ? Comment évolue la chimie du fluide ainsi enrichi en CO₂ ? Afin de répondre à ces questions clés, les chercheurs de GeoRessources s'apprêtent à mener des expériences visant à caractériser ces fluides et à s'assurer que les paramètres de stockage sont bien maîtrisés : pression, température, teneur en CO₂ dissous du fluide, interactions chimiques avec la roche poreuse, etc. A terme, et si les résultats obtenus dans le cadre de ce projet confirment la viabilité technico-économique de l'approche, ils imaginent cette technologie appliquée à proximité immédiate d'industries émettrices de CO₂, en particulier dans le bassin parisien où les roches du sous-sol offrent de bonnes propriétés aquifères.

 

* en association avec GeoRessources, CFG Services, Geogreen, le LEO (Laboratoire d'Economie d'Orléans), le BGR (Service géologique allemand) et l'entreprise américaine Partnering in Innovation dans le cadre du programme Systèmes Energétiques Efficaces et Décarbonés (SEED) 2012 de l'ANR : http://www.agence-nationale-recherche.fr/projet-anr/?tx_lwmsuivibilan_pi2[CODE]=ANR-12-SEED-0009

 

Légende photo : Aurélien Randi, ingénieur CNRS, responsable technique de l'expérimentation hydrothermale à GeoRessources, devant le prototype "MIRAGES 2" installé sur le site de l'Ecole des Mines, campus ARTEM.

 
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GeoRessources : regroupement de compétences géologiques
Au cœur de la Vallée Européenne des matériaux et de l'énergie, le laboratoire GeoRessources (CNRS, Université de Lorraine, CREGU) est une nouvelle unité mixte de recherche centrée sur les ressources géologiques : usages du sous-sol, matières premières, stockage, ressources énergétiques, etc.
 
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