Visualiser l'impact du CO2 sur la micro-structure d'un caprock

Dans son rapport alarmant sur les effets d’un réchauffement mondial de 1,5 degré, publié en octobre 2018, le Groupe d’experts sur le climat (GIEC) urge le monde à atteindre la neutralité carbone d’ici 2050. Parmi les pistes étudiées, la capture et le stockage du dioxyde de carbone (CO₂) émis par les activités humaines est en bonne place. 

Cette technique, utilisée en Norvège depuis près de 30 ans et reprise par plusieurs pays dont le Canada, consiste à récupérer le CO₂ là où il est le plus dense, près d’usines par exemple, puis à l’acheminer par pipeline avant de le réinjecter en profondeur. Les formations géologiques poreuses comme les réservoirs épuisés de pétrole et de gaz, les aquifères salins sous-marins ou les veines de charbon sont utilisées et présentent un grand potentiel de stockage durable.

Au sein du Laboratoire de Mécanique des Sols du Professeur Laloui, à l’EPFL, Eleni Stavropoulou étudie notamment les argilites, un matériau rassemblant à la fois les propriétés d’une roche et d’un sol. Ce genre de formation géologique, si située au-dessus des réservoirs dans la roche couverture (caprock), pourrait faire barrière et bloquer la migration du CO₂ vers la surface. La chercheuse s’intéresse au comportement mécanique de ce type de formation rocheuse en présence de CO₂, une recherche indispensable pour s’assurer de la pérennité du stockage à long terme, sans risque de fuites.

Changer l’échelle d’étude

Pour elle, la meilleure méthode pour éviter d’altérer les échantillons étudiés en laboratoire et d’avoir des résultats probants est de faire des expériences les moins destructives possible. Elle compte utiliser la tomographie à rayons X (technique notamment utilisée pour les scanners médicaux) et l’imagerie 3D pour visualiser pour la première fois in-situ la modification structurelle de l’argilite en présence de CO2 supercritique, l’état dans lequel il se trouve en profondeur. 

Eleni Stavropoulou propose de réduire l’échelle habituelle des expériences (l’échelle centimétrique) et d’étudier des échantillons d’argilite de 5 mm maximum, placés dans les conditions thermo-hydro-chimio-mécaniques auxquels sont soumises les roches de réservoir. « L’idée, c’est d’aller à la micro-échelle afin de monter en résolution et faciliter l’observation des phénomènes lents, et surtout de regarder tout cela avec un outil non destructif, qui ne modifie pas l’état initial de l’échantillon. »

Son projet a obtenu un financement Spark du Fonds national suisse, qui soutient le développement de nouvelles idées et méthodes scientifiques « présentant un concept peu conventionnel et une approche originale », à hauteur de 100 000 Francs. Elle dispose d’un an pour démontrer sa faisabilité.

S’ils sont probants, les résultats du projet pourront venir en soutien aux expériences de stockage de CO2 et d’étude des roches réservoir menées par le laboratoire souterrain du Mont-Terri, dans le Jura.