Projet SENTINELLE Appel àprojets «CO 2»Déc. 2007

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1 Projet SENTINELLE Appel àprojets «CO 2»Déc Philippe de DONATO Université de Lorraine/CNRS Co-auteurs: C. PRINET, B. GARCIA, H. LUCAS, Z. POKRYSZKA, S. LAFORTUNE, P. FLAMANT, F. GIBERT, D. EDOUART, P. CELLIER, F. GAL, K. MICHEL, N. TAQUET, O. BARRES, J. SAUSSE et J. PIRONON

2 SENTINELLE Titre Monitoring géochimique de surface des sites de stockage de CO 2 : Bilan des flux/teneurs et traçage des sources sur les compartiments Géosphère - Biosphère - Atmosphère Partenaires : Date de début du projet : Décembre 2007 Date de fin du projet : Juin 2012 Budget total : 3387 k Aide accordée : 1284 k Labellisation par un ou des pôle(s) de compétitivité: NON

3 Rappel du contexte et des enjeux Croissance teneur atmosphérique en CO 2 : 2 ppm/an En France: 1 milliard de tonnes de CO 2 entre 2020 et 2050 Actuellement 2% de CO 2 valoriser Quota CO 2 (tonne de CO 2 rejeté): 20,6 * (2005) ---13,1 * (2010) ,7 ** (2020) Valider et Sécuriser la filière Captage Transport Stockage Monitoring géochimique Pilote CO 2 TOTAL Capt.Transp.Stock. (Lacq/Rousse - France) Unité d oxy-combustion à Lacq Puits d injection du CO 2 à Rousse Pilote CO 2 TOTAL: 5 ans, 60 M d investissement,40 M de fonctionnement, 90 kt CO 2 injecté * Conseil Économique pour le Développement Durable,République française, N 12, 2012 ** 2010 : Barclays Capital, Reuters, Deutsche Bank, Société Générale

4 Objectifs et positionnement du projet Les projets GEOCARBONE en particulier GEOCARBONE Monitoring ( ) ont mis en avant l importance d un suivi des gaz dans le temps et l espace en relation avec le traçage des sources multiples du CO 2. Le projet SENTINELLE a trois finalités essentielles: i) établir un état initial en terme de flux/teneurs de gaz d un site avant injection en y intégrant les variabilités propres au système naturel et celles d origine anthropique au niveau de: GEOSPHERE BIOSPHERE - ATMOSPHERE ii) suivre ces évolutions durant les phases d'injection, iii) proposer une méthodologie de surveillance géochimique en continu de surface et sub-surface d un site en activité (seuils de vigilance, seuils d alerte).

5 Défis scientifiques et technologiques METROLOGIE : Poursuivre le développement de capteurs géochimiques, propres à chaque compartiment: -mesures en continu des gaz d'un site. -mesures en forages instrumentés (complétions spécifiques) - outils de télédétection 3D des gaz atmosphériques télédétectection laser type Lidar DIAL COWI télédétection d émission infrarouge type OPAG SIGIS2 (Bruker) Les gaz pris en compte seront : le CO 2, les gaz organiques et soufrés, l hélium, le radon, l azote et l oxygène MONITORING : Combiner ces outils pour décrire l ensemble des différents compartiments en termes d origine des sources et de bilan des flux et teneurs de CO 2, avec un monitoring axé sur : Pilote CO 2 de TOTAL: Le site de Rousse (Lacq, TOTAL) avant (état initial) et durant les premières phases d injection MODELISATION: Mettre en place un modèle permettant de décrire et de prévoir la dynamique de transfert du CO 2 intra et inter-compartiments au sein du système GÉOSPHÈRE - BIOSPHÈRE- ATMOSPHÈRE (5 à 5000m)

6 Résultats (1/9): Synoptique métrologique globale de SENTINELLE Proche Atmosphère (5 à 5000m) ATMOSPHERE Couvert Végétal (0 à 5m) Sol (0 à - 3m) Roche couverture (Partie superficielle -150 à -5m) BIOSPHERE 1 Roche couverture (Partie profonde) GEOSPHERE réservoir Réservoir (Rousse: -4500m) Développements métrologiques spécifiques à chaque compartiment Campagnes de terrains Base de données «gaz» Compilation-Inter Comparaison Modélisation de la dynamique de transfert

7 Résultats (2/9): Structuration en 3 groupes de travail GAZ DES SOLS (Resp.: BRGM & IFP) BIOSPHERE - ATMOSPHERE (Resp.:INRA &LMD) PUITS SENTINELLE (Resp.: INERIS) Puits SENTINELLE Tropospḩ re libre 1. Couche Limite Atmosph ˇ rique (CLA) (max 2 km) CO 2 de fond CO 2 anthropique 2. Couche de surface(100 m) surface LMD-INRA-INPL CO 2 enfouis Mini Puits BRGM-INERIS-IFP-INPL INERIS-KAISER-BRGM-INPL-IFP

8 Résultats (3/9): GEOSPHERE -Mesures gaz des sols (-1m à1m) Grille : 35 points sur 42 km 2 CO 2 CH 4 H 2 O O 2 N 2 H 2 H 2 S Rn222.. Chambre à flux Capteurs spécifiques Sonde barasol MicroGC GCMS..

9 Résultats (4/9): GEOSPHERE - Gaz des sols (0 m- interface sol/air) En périphérie du site d injection-variabilitédes flux de CO 2 Les flux de CO 2 varient de 0 à 10 cm 3 min -1 m -2 (hiver) et entre 2 et 21 cm 3 min - 1 m -2 (été). Enveloppe de variabilité des flux sur plus d un cycle saisonnier Injection

10 Résultats (5/9): GEOSPHERE - Gaz des sols (-3,4m) Sur le site d injection-plateformegéochimique déportée de monitoring en continu des gaz du sol (-3,4m)

11 Résultats (6/9): GEOSPHERE - Gaz des sols (-3,4m) Sur le site d injection Exemple de données (Jul àjuil. 2011) issues de la plateforme géochimique: CO 2 dans le sol, CO 2 atmosphériqueet température atmosphérique,

12 Résultats (7/9): ATMOSPHERE (0, 5000m) Sur le site d injection - Spatialisation du CO2 atmosphérique par télédétection infrarouge (OPAG Bruker GOCADTM)

13 Résultats (8/9): ATMOSPHERE (0, 5000m) Sur le site d injection Simulation expérimentale 3D (GOCAD TM )du CO 2 atmosphérique par télédétection infrarouge (OPAG Bruker) àl aplomb du site d injection (Pilote CO2 TOTAL Lacq-Rousse) courbes d isoconcentration en CO 2 (de 200 à 600 ppm par pas de 50 ppm) Volume total : 2900 m 3

14 Résultats (9/9): ATMOSPHERE - Spatialisation IR Interpolation 3D par le modeleur GOCAD Exemple de critère de surveillance : Localisation et quantification des poches de CO 2 présentant des teneurs supérieures à 500 ppm Volume total modélisé (2900 m 3 ) 790 m 3 32 m m 3 27% 1.1% 0.02% 3 m

15 Conclusions et perspectives Optimisation des systèmes de monitoring des gaz Géosphère-Biosphère- Atmosphère - Plateforme géochimique «gaz» opérationnelle sur site depuis 2 ans -Validation des protocoles de mesures des gaz atmosphériques par télédétection infrarouge - Construction du 1er prototype de télédédection laser type LIDAR DIAL COWI Base de données géochimiques pré injection (baseline) Base de données géochimiques en phase d injection Cycle pluri-saisonnier du CO 2 sur le site de Rousse Signature isotopique mixte: atmosphérique et biologique -CO 2 <0,2%: -18,5% et CO 2 >0,2%: -24,1% Variabilité«naturelle»des flux de CO 2 > 4σ : marqueur de fuite? Variabilitésaisonnière des teneurs en CO 2 dans le sol (-1 m) -0,04 à7%hiver et 12 à16 %période estivale Pas de signature de CH 4 observable Une hydrodynamique compliquée dans un environnement karstique (IPGP) Première simulation expérimentale 3D des teneurs atmosphériques en CO 2 à l aplomb d un site d injection

16 Conclusions et perspectives Poursuite de l interprétation croisée des données - 16 janvier: Transfert des gaz couvert végétal/gaz des sols Dynamique atmosphérique: campagne croisée en Mars Télédétection laser, Télédétection IR, Ballon sonde (profils de température dans la troposphère), Flux de gaz en surface (0,10 m) et Mesures météorologiques. Trois articles de synthèse en écriture -«Gaz des sols: ligne de base»soumis fév 2012 à Int. Jour. Green. Gaz Control Mise en place des modèles de transfert de gaz intra compartiment -Sol (0, -3,4m), Couvert végétal (0, 10 m) et Troposphère (0, 5000m) Réflexion sur un modèle global d échange inter compartiment Elaboration d une stratégie de monitoring géochimique sur site Continuitédes actions de recherches sur le pilote CO 2 de TOTAL - Institut d excellence IEED : GEODENERGIES (Porteur BRGM-en cours d examen)

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