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

© 2020 EPFL

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Eleni Stavropoulou, du Laboratoire de Mécanique des Sols du Professeur Laloui, à l’EPFL, a obtenu une bourse du Fonds National Suisse pour étudier les modifications structurelles des roches de couverture (caprocks) en présence de dioxyde de carbone. Le projet s’inscrit dans le contexte du stockage souterrain du CO2 pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. 

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.

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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.

« Les propriétés favorables des roches argileuses (shales), par exemple la très faible perméabilité et le self-sealing, ont font des bons candidats comme barrières géologiques. Par contre, justement à cause de ces propriétés particulières, les échantillons sont compliqués à étudier, car très sensibles aux changements de conditions limites comme l’humidité ou la température », explique la chercheuse.
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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.

« Dans le monde expérimental, il y a toujours la possibilité que les choses ne marchent pas comme prévu, mais pour les prouver il faut essayer ! Vu la complexité du matériau et la faible vitesse des différents phénomènes en conditions réalistes, il faut selon moi descendre d’échelle spatiale afin de gagner sur l’échelle temporelle tout en ayant des images détaillées. Le but final de toutes ces expériences étant de pouvoir établir des modèles, des lois mécaniques qui seront capables de représenter les comportements de matériaux aussi hétérogènes, il est indispensable de prendre en compte leur réponse localisée, plus précise que la réponse moyennée qu’on observe lors des expériences classiques. »

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.

Funding

Spark vise à financer l’essai ou le développement rapide de nouvelles approches, méthodes, théories, normes ou idées d’applications scientifiques. Conçu pour des projets présentant un concept peu conventionnel et une approche originale, il privilégie les idées prometteuses, audacieuses et basées sur des données préliminaires très limitées, voire inexistantes. La prise de risque est encouragée, mais ne constitue pas une condition en soi. L’accent est mis sur les projets ou idées ayant peu de chances d’être financés par les autres programmes d’encouragement disponibles.

L’évaluation des requêtes se fait en double aveugle (c’est-à-dire que les évaluateurs/trices ignorent l’identité de l’auteur-e de la proposition). Le FNS entend ainsi garantir que l’évaluation reste focalisée sur l’idée en elle-même.