Projet SENTINELLE Appel àprojets «CO 2»Déc. 2007 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
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
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) ----45,7 ** (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
Objectifs et positionnement du projet Les projets GEOCARBONE en particulier GEOCARBONE Monitoring (2005-2008) 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).
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)
Résultats (1/9): Synoptique métrologique globale de SENTINELLE Proche Atmosphère (5 à 5000m) ATMOSPHERE 5 4 2 3 1 3 2 6 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
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
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..
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
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)
Résultats (6/9): GEOSPHERE - Gaz des sols (-3,4m) Sur le site d injection Exemple de données (Jul. 2010 àjuil. 2011) issues de la plateforme géochimique: CO 2 dans le sol, CO 2 atmosphériqueet température atmosphérique,
Résultats (7/9): ATMOSPHERE (0, 5000m) Sur le site d injection - Spatialisation du CO2 atmosphérique par télédétection infrarouge (OPAG Bruker GOCADTM)
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
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 3 0.5 m 3 27% 1.1% 0.02% 3 m
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
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 2012 -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)