L’étude dite « benchmark SPE11 », déployée sous l'égide de la Society of Petroleum Engineers (SPE), a mobilisé des équipes de chercheurs issues d'universités, d'organismes de recherche et d'entreprises spécialisés dans le stockage géologique du CO₂ [1]. Son objectif était de comparer les performances des simulateurs numériques dédiés à cette application. Sur la base de cas-tests, avec des données d'entrée et des critères d'évaluation communs, cette action a permis d'analyser la capacité des codes de calcul à reproduire les principaux processus physiques intervenant lors de l'injection et de la migration du CO₂ dans les réservoirs géologiques. Cette démarche visait principalement à renforcer la confiance dans les simulateurs utilisés pour la conception et l'évaluation des projets de stockage, en évaluant les écarts entre les résultats obtenus.
Pour les codes faisant l’objet du benchmark, les principales difficultés résident aussi bien dans la physique, avec la simulation d'écoulements multiphasiques en milieu fortement hétérogène et le couplage de plusieurs phénomènes (capillarité, gravité, dissolution du CO₂, etc.), que dans le numérique, avec des défis liés à la stabilité des schémas de calcul, à la convergence des solveurs et à la représentation des interfaces entre phases.
La Figure 1 présente, d’une part, les hétérogénéités du réservoir étudié ainsi que la position des deux puits injecteurs de CO₂ et, d’autre part, la distribution finale du CO₂ dissous dans l’eau, révélant la présence de digitations gravitaires associées au transfert de CO₂ vers la phase aqueuse.
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Figure 1 : Distribution des facies lithologiques dans le réservoir et emplacement des puits injecteurs Well1 et Well2 (à gauche), distribution finale du CO2 dissous dans l’eau obtenue avec le simulateur d’IFPEN : Geoxim (à droite)
Au total, 45 équipes issues de grands instituts de recherche et d'entreprises se sont inscrites. Les simulateurs ont été comparés en fonction à la fois de leurs résultats physiques (masse de CO2 dans le réservoir, quantité de CO2 dissous dans l’eau, températures, …) et de leurs performances numériques (tailles des pas de temps, nombre cumulé d’itérations du solveur non linéaire et du solveur linéaire). Parmi ces équipes, seules 18, dont IFPEN avec le simulateur Geoxim, ont produit des résultats retenus dans l'étude comparative [2]. IFPEN s'est ainsi distingué en proposant des résultats cités à plusieurs reprises comme références, notamment comme résultats médians pour l’un des trois cas étudiés.
Ce benchmark a permis d’évaluer les performances de Geoxim, tant en termes de qualité des solutions obtenues que d’efficacité numérique, aussi bien au niveau des solveurs linéaires que non linéaires. Aujourd'hui largement adopté par la communauté scientifique, le benchmark SPE11 constitue un outil de référence pour la validation de nos développements de codes. Il nous permet d'évaluer la robustesse et la précision de nos nouveaux schémas numériques [3], ainsi que la qualité de nos algorithmes de maillage et de nos choix de modélisation [4].
Références :
[1] Nordbotten, J. M., et al. (2024). The 11th Society of Petroleum Engineers Comparative Solution Project: Problem Definition. SPE Journal, 29(5), 2507–2524.
>> DOI : https://doi.org/10.2118/218015-PA
[2] Nordbotten, J. M., et al. (2025). Benchmarking CO₂ Storage Simulations: Results from the 11th Society of Petroleum Engineers Comparative Solution Project. International Journal of Greenhouse Gas Control, 148, 104519.
>> DOI : https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2025.104519
[3] Application of Convergent Finite-Volume Methods on Polyhedral Grids for CO2 Injection Simulation in Deep Saline Aquifers, L. Astart, S. de Chaisemartin, C. Delage, G. Enchéry, I. Faille; IFPEN. ECMOR 2026, 8-11 September 2026, Porto, Portugal.
[4] Modeling of Hydrate Formation in CO2 Geological Storage - Application to The 11th SPE Comparative Solution Project, E. Flauraud, D. Ding, A. Michel, IFPEN. SPE Reservoir Simulation Conference , Galveston, Texas, USA, March 2025.
>> DOI : https://doi.org/10.2118/223858-MS
Contacts scientifiques : Eric Flauraud, Anthony Michel, Guillaume Enchery