Développer l'expertise des laboratoires pour le stockage de CO2
The Laboratory of Soil Mechanics (LMS), © 2021 EPFL
Le réchauffement de la planète dû à l'activité humaine a des répercussions sur différentes régions du monde, comme le souligne le dernier rapport du GIEC. Pour atténuer l'impact du changement climatique, des réductions drastiques et rapides des émissions de gaz à effet de serre sont nécessaires. Ce n'est qu'en mettant en œuvre un éventail de mesures ainsi qu’en traitant le changement climatique comme une véritable crise, que les objectifs fixés dans l'accord de Paris de 2015 pourront être atteints.
Les technologies de captage et de stockage du dioxyde de carbone (CSC) peuvent contribuer à atteindre ces objectifs. Cette technique fait l'objet d'une attention croissante depuis que le dioxyde de carbone (CO2) a été identifié comme un important gaz à effet de serre. L'une des solutions de CSC les plus pratiques est la séquestration du CO2. Le principe consiste à extraire le CO2 de l'atmosphère et à l'injecter dans des formations souterraines profondes où il est capturé dans un réservoir par une formation rocheuse imperméable, ce qui permet à une plus grande partie du rayonnement infrarouge de s'échapper dans l’espace.
Le Laboratoire de Mécanique des Sols (LMS) de l'EPFL contribue à d'importantes recherches dans ce domaine. Par exemple, le LMS explore le comportement des formations étanches lorsqu'un fluide riche en CO2 y est injecté. Pour s'assurer que cette barrière reste dans des conditions stables afin d'empêcher la propagation du CO2 du réservoir vers la surface, les propriétés d’étanchéités de la roche couverture doivent être déterminées. Grâce à des essais en laboratoire et à des analyses numériques, le LMS contribue à une meilleure compréhension de la réponse de potentielles formations de stockage de CO2 en Suisse.Le problème multiphysique implique de dévaluer des processus complexes au fort couplage thermo-hydro-chimico-mécaniques. Pour ce faire, une analyse expérimentale avancée est nécessaire pour étudier la réponse couplée du matériau de la formation rocheuse et de reproduire aussi précisément que possible son comportement in-situ. Néanmoins, tester ces réponses reste un défi car le CO2 doit être injecté sous forme liquide ou supercritique, tandis que des pressions et des températures représentatives doivent être simulées correctement pour garantir un état représentatif de l'échantillon.
Au LMS, divers dispositifs d'essai spéciaux permettent de réaliser des essais représentatifs dans de telles conditions. Le LMS a développé une chambre de contrôle de la température et différents dispositifs à haute pression qui permettent l'injection de CO2 ainsi que des tests hydromécaniques afin d'évaluation les propriétés de transport et de perméabilité de la roche couverture. D'autres propriétés peuvent être évaluées au laboratoire, notamment les propriétés de transport de la roche couverture, qui sont très lentes et nécessitent des mesures à haute résolution, ainsi que la capacité d’injection du réservoir et l'impact chimique sur la réponse hydromécanique. En outre, le LMS utilise la microtopographie aux rayons X à haute résolution pour analyser les modifications locales de la microstructure des matériaux de la formation et du réservoir (souvent très hétérogènes).
La combinaison de ces essais avancés avec un haut niveau d'expertise nous permet d'étudier ce problème multiphysique couplé et de contribuer à la mise en œuvre de potentielle projets de séquestration de CO2. Par exemple, cela permet au LMS de travailler sur l'optimisation de l'injection de grands volumes de CO2 tout en évitant la formation de surpressions qui pourraient induire une sismicité.
La Suisse n'a pas encore décidé des mesures qu'elle prendra pour séquestrer le CO2. Toutefois, le 20 juillet 2021, la Suisse et l'Islande ont signé une déclaration d'intention visant à soutenir et à développer conjointement les technologies à émissions négatives, qui incluent le stockage du carbone. Les recherches menées ces dernières années ont montré que la Suisse dispose d'une capacité souterraine suffisante pour stocker de grandes quantités de CO2, principalement sur le Plateau suisse, de Fribourg à Zurich, et qu'il existe donc un fort potentiel pour que cette technologie contribue à réduire les émissions de CO2 de la Suisse.
La séquestration du CO2 n'est pas le seul domaine où le LMS se démarque dans l'évaluation de scénarios d'ingénierie avancés et parfois non conventionnels. Grâce à des installations avancées, conçues et fabriquées dans nos laboratoires, ainsi qu’à notre expertise et notre expérience basées sur de longs engagements avec le génie civil dans des zones urbaines difficiles ou sensibles sur le plan environnemental, même les scénarios de chargement les plus compliqués peuvent être simulés, ce qui permet au laboratoire de trouver des solutions à certains des défis géotechniques les plus avancés dans le monde. Grace à nos installations avancées ainsi qu’à notre expertise acquise durant de nombreuses années d’activité dans le génie civil, le laboratoire du LMS est capable de trouver des solutions aux plus grands défis géotechniques.
