Pétrophysique et transferts en milieux poreux

Dans une structure géologique poreuse, l’écoulement d’un fluide géothermal entraîne des particules solides pour lesquelles les roches agissent comme un filtre. La capture de ces particules cause alors une réduction progressive de la perméabilité du milieu poreux, pouvant conduire à une réduction drastique de l’injectivité et à un éventuel échec de l’opération industrielle...

Le transport de polluants dans les sols est directement tributaire de l'hétérogénéité du milieu présent (topologie, structure, etc.), lequel est par ailleurs fortement impacté par certaines activités humaines comme l’agriculture, l’activité industrielle ou encore les mines. La description précise de ce phénomène, à toutes les échelles de temps, peut ainsi paraître complexe. Cependant elle est importante pour répondre à des enjeux majeurs, comme le traitement efficace des eaux usées, ou l’accès du plus grand nombre à de l’eau potable de bonne qualité. Dans ce contexte, les chercheurs IFPEN ont travaillé sur des méthodes pour mieux comprendre comment les polluants sont transportés dans le sous-sol.

La modélisation des réservoirs souterrains est incontournable pour beaucoup d’applications : gestion des aquifères, stockage de composés ou d’énergie dans le sous-sol, récupération de ressources minérales ou énergétiques comme en géothermie. La modélisation permet de mettre en place une gestion optimale de la ressource tout en minimisant les risques sociétaux et environnementaux. Pour être efficace, cette modélisation doit néanmoins être multi-échelle, aussi les recherches des équipes d’IFPEN sont-elles guidées par cette contrainte.

Le transport de particules colloïdales dans des milieux poreux concerne de nombreux domaines, dont les géosciences et l'ingénierie environnementale. Or les interactions particule-matrice peuvent produire la formation et l'accumulation de dépôts, avec à la clé un risque d’endommagement du milieu et d’altération de sa perméabilité (...). A IFPEN, le problème a été étudié à l’origine pour la production des hydrocarbures et concerne aujourd’hui d’autres contextes applicatifs : la géothermie et le stockage géologique du CO2...

La précipitation de sel dans des roches perméables est un risque auquel sont exposés certains secteurs de l’énergie, en particulier pour le stockage de gaz dans des formations géologiques lors des phases opérationnelles (injection et soutirage), lorsqu’il y a contact avec des aquifères salins (...). Cette précipitation réduit l’espace permettant la circulation des fluides, ce qui entraîne l'altération de la perméabilité de la roche, voire son colmatage dans certaines conditions. Afin de comprendre les mécanismes sous-jacents à ce phénomène d’endommagement, des expériences d’écoulement de gaz dans un milieu poreux préalablement saturé en saumure ont été réalisées sur le banc d’écoulement CAL-X d’IFPEN...

Afin de répondre aux enjeux de la transition énergétique, le sous-sol a un rôle à jouer, à la fois pour fournir des ressources et pour offrir des solutions de stockage (...). Les modèles numériques peuvent aider à mieux comprendre le sous-sol pour le gérer durablement et l’utiliser de manière optimale. Développés depuis de nombreuses années à IFPEN, initialement pour l’industrie pétrolière, de tels modèles couvrent des échelles qui s’étendent du bassin sédimentaire au réservoir...

L’impact du changement climatique et des activités anthropiques sur l’évolution des paysages et des ressources en eau constitue aujourd’hui un enjeu majeur. Sa prévision nécessite de disposer d’outils dédiés capables d’évaluer à un horizon de 100 ans les conséquences de différents scénarios sur les bassins versants et les eaux souterraines. IFPEN développe à cette fin des approches de modélisation des phénomènes d’érosion-transport-dépôt couplés aux écoulements de surface et de subsurface...

La caractérisation des réservoirs géologiques, thème historique de l’exploitation pétrolière, est aujourd’hui un socle d’intérêt pour des domaines applicatifs variés tels que le stockage de CO2 ou d’hydrogène, ou encore la géothermie. Ces dernières années, l’utilisation conjointe de l’imagerie 3D par microtomographie (ou micro-CT) et de techniques de simulation avancées a permis l’émergence d’une approche digitale du calcul des propriétés pétrophysiques de roches de réservoir (Digital Rock Physics). Ceci représente un vrai complément voire, dans certains cas, une alternative aux mesures traditionnelles en laboratoire.