CFG MIC Sensor

Biocorrosion en géothermie
Gestion des biofilms, enjeux industriels
Romainville– 13 Octobre 2011
C. COTICHE, Responsable service corrosion-hydrochimie
CFG Services, filiale du BRGM, spécialisée en
géothermie industrielle

CFG Services
filiale à 100% du
Centre de recherche et d’expertise pour les géosciences
CA 2010 : 9,5 M€
45 salariés
Géothermie industrielle
Industries
• Pétrole & gaz
• Chimie & pétrochimie
Etude, projet, maîtrise d’œuvre, suivi
et maintenance
Produits
• Kit Labège pour la
numération BSR et BTR
• CFG MIC Sensor®
• Nucléaire
• Réseaux d’eau
Services
•
•
•
•
Expertise corrosion
Détection de fuites sur réseaux enterrés
Suivi d’installations
Microbiologie industrielle
2
La géothermie profonde en Ile de France
 35 exploitations géothermiques au Dogger
en fonctionnement (environ 1 000 000 MWh /
an
 90 000 Tep substituées par an (2/3 de la
production géothermique française)
200 000 équivalents logements chauffés et
alimentés en eau chaude sanitaire
 10% de l’énergie distribuée par les réseaux
de chaleur en Île-de-France (50% dans le
département du Val de Marne)
émission de 280 000 tonnes CO2 évitées / an
3
Eau géothermale du Dogger
⌦ pH compris entre 6,1 et 6,7
⌦température comprise entre 55 et 85°C
⌦milieu réducteur (- 150 < Eh < 0 mV/ENH)
⌦teneur en sels totaux dissous entre 6 et 35 g/l dont :
 chlorures de 3 000 à 19 900 mg/l
 [CO2 et HCO3-] de 250 à 600 mg/l
 [SO42-] de 300 à 1 200 mg/l
 [H2S, HS-] de 5 à 100 mg/l
⌦présence d'une microflore bactérienne de type sulfatoréductrice
4
Les bactéries du Dogger

Plusieurs espèces différentes de BSR ont été isolées à
partir de prélèvements d’eau géothermale du Dogger
et de dépôts de corrosion

Les études physiologique et nutritionnelle réalisées sur
les souches de BSR isolées ont révélé :


qu’elles étaient parfaitement adaptées aux conditions
physiques et chimiques de l’aquifère du Dogger (température,
pH, salinité, anaérobiose, présence de sulfate, matières
organiques, H2)
qu’elles étaient actives [la réduction bactérienne de SO42- en
HS-  diminution de 34S dans les sulfures produits (dissous +
dépôts)]es biocides et optimiser leur utilisation
5
Les bactéries du Dogger
Desulfovibrio
desulfuricans
(vibrio)
Desulfatomaculum
Geothermicum
(bactérie sporulée)
6
Qu’est-ce que la biocorrosion ?

Biocorrosion des circuits industriels = dégradation du métal
par réaction électrochimique liée aux modifications du milieu
induites par un biofilm
(Biocorrosion

Biofilm ….MAIS….Biofilm
Biocorrosion)
Risque de percements des tubages et conduites
Les traitements chimiques :
Biocides : fort impact environnemental et économique
Un monitoring de la biocorrosion est nécessaire pour
quantifier l’action des biocides et optimiser leur utilisation
Traitement chimique anti-corrosion et dispersant
(géothermie)
7
Qu’est-ce que la biocorrosion ?

Biocorrosion = corrosion localisée sous forme de
piqûres et/ou de cratères (corrosion caverneuse)

Théorie (pour les aciers au carbone):
Dépolarisation cathodique par consommation de H2 oxydé par
les BSR (théorie controversée)
Le sulfure d’hydrogène produit par les BSR catalyse les
réactions anodiques par sulfuration de l’anode
Production locale d’acidité à l’anode par précipitation de
sulfure de fer (Fe2+ + HS- → FeS + H+)
Cinétique accélérée en présence de O2 (acidification liée à
l’oxydation des sulfures )
8
Le rôle des sulfures de fer
Les sulfures de fer sont de nature différente en fonction des
concentrations relatives en ions ferreux et sulfures


En présence d’un excès de H2S  Pyrite (FeS2) , dépôts
adhérents
En présence d’un excès d’ions Fe2+ (anode)  Mackinawite
(FeS1-x), peu adhérente et peu protectrice pouvant stabiliser une
corrosion localisée sous dépôts
Certains sulfures de fer sont très bon conducteurs électriques et
ont un potentiel noble  corrosion galvanique entre métal nu et
dépôts de sulfures de fer
Les dépôts de sulfures de fer engendrent des pertes de charges
et favorisent le développement bactérien
9
Corrosion sur acier au carbone assistée
par les bactéries
Percement d’un casing 7 du
puits injecteur – Doublet
géothermique de Coulommiers source: CFG Services
10
Dépôts rencontrés dans les installations géothermales
Percement au droit d’un
manchon de jonction entre deux
tubages du puits de production –
Doublet géothermique de
Villeneuve la Garenne -
Dépôts de sulfures de fer
dégagés du manchon
source: BRGM
source: BRGM
11
Corrosion sur acier au carbone assistée
par les bactéries
Percement d’une colonne d’exhaure d’eaux minières par biocorrosion
source: CFG Services
12
Corrosion sur acier au carbone assistée
par les bactéries
Percement d’une conduite de transport de brut pétrolier par biocorrosion
source: Total
18 M€
Avant décapage
Après décapage
13
Les outils usuels de monitoring ne quantifient pas
directement la biocorrosion
Biocorrosion de l’acier carbone = eau + bactéries
90 % sur les surfaces
Biofilm responsable de la corrosion
Moyens de
contrôle
usuels : les
dénombrements
via des milieux de
culture (par ex.
Kits Labège)

Comptage sur bioprobes
les bactéries
 Quantifie
responsable de la corrosion
de quantification de la
 Pas
corrosion en elle même
 Délai d’analyse élevé
10 % dans l’eau
Non responsable de la corrosion
Comptage dans l’eau
 Faible coût
mesure pas le risque réel
 Ne
de biocorrosion
 Délai d’analyse élevé
Le comptage des bactéries dans l’eau ou sur bioprobes et le
monitoring d’un biofilm ne sont pas des outils fiables pour le
suivi de la biocorrosion et l’optimisation des traitements biocides
14
CFG MIC Sensor® : l’unique solution de mesure directe
de la vitesse de biocorrosion des conduites

Origine
Né d’un programme de recherche pour l’industrie
pétrolière, forte consommatrice de biocides

Principe
Reproduire une corrosion localisée et suivre sa
cinétique

Usage
 Suivre en temps réel la corrosion associée à la
présence d’un biofilm
 Optimiser les traitements chimiques biocides
15
CFG MIC Sensor ®: mesure directe de la vitesse de corrosion en
temps réel, sur site, sans interruption

CFG MIC Sensor ®:



une sonde électrochimique
un boitier de commande déporté
un logiciel de pilotage spécifique

L’instrumentation est certifiée ATEX

Avantages de CFG MIC Sensor®
Sonde sur conduite d’exploitation

mesure directe de la vitesse de corrosion

mesure en temps réel

mesure sur site et sans interruption de l’exploitation
16
La sonde robuste, industrialisée et sécurisée ne
nécessite aucune maintenance ou arrêt de production
Tête de sonde contenant
l’électronique embarquée
Système de
sécurité
Filetage 1’’gaz pour fixation
sur piquage de la canalisation
Corps de sonde (cathode)
raccordé à la canalisation
Anode en acier carbone
immergée dans le fluide
17
Le pilotage complet par boitier de commande et
logiciel pour un monitoring rapide et opérationnel
Le boitier de commande permet
de piloter l’instrumentation
localement ou à distance via un
modem GSM
Le logiciel spécifique permet :
• le paramétrage des cycles de mesures
• la consultation et le rapatriement des
données du monitoring, visualisées
sous forme de graphiques
18
Des options pour répondre aux contraintes des
installations industrielles
CFG MIC Sensor ®
Sonde
Les options disponibles :


Boitier de
commande


Compatibilité de la sonde avec des
canalisations sous protection
cathodique
Pilotage à distance par GSM
Commande d’une pompe doseuse pour
l’injection de produits biocides
Alimentation du boitier avec :

PC
Jeu de batteries rechargeables
Autonomie env. 8 jours

Jeu de batteries + panneau solaire pour
une autonomie énergétique
19
Un mode opératoire simple pour une mesure fiable de
la vitesse de corrosion
1. Stabilisation
o
o
Mise en place de la sonde dans le fluide
Attente de l’équilibre électrochimique : l’état de surface de
l’électrode de la sonde doit atteindre celui de la canalisation
2. Polarisation de la sonde
o
Reproduction d’une biocorrosion localisée (qui serait générée
naturellement par les bactéries avec une cinétique plus lente)
3. Corrosion
o
o
Mise en court circuit et mesure de l’intensité du courant débité
par la pile (la pile se désactive  absence de biofilm corrosif/ la
pile se maintient  monitoring du risque de biocorrosion)
Transposition du courant en vitesse de corrosion en mm/an
20
Exemples de monitoring
5
Différenciation de la
cinétique d’action de
2 biocides
Vcorr (mm/an)
4
Biocide A
Biocide B
3
2
1
temps
0
5
Différenciation de
l’efficacité de 2
biocides
4
Vcorr (mm/an)
Biocide A
Biocide B
3
2
1
temps
0
Vitesse de corrosion au cours de traitements biocides 21
Monitoring sur circuit de production d’eau
géothermale
22
CFG MIC Sensor ®, l’optimisation des traitements biocides pour
un bénéfice économique et écologique
L’Innovation du CFG MIC Sensor® = nouvelles pratiques possibles
Mesure de la vitesse de
corrosion
temps réel, sur site et sans
interruption de l’exploitation
Pour des gains
1. Quantification du risque de
biocorrosion localisée des
aciers au carbone
2. Suivi de l’efficacité des
traitements biocides
économiques et environnementaux

Meilleure gestion des risques et réduction des coûts de
réhabilitation des installations

Réduction des coûts et de l’impact environnemental par
l’optimisation des traitements biocides
23
Les applications du CFG MIC Sensor ®

Pétrole et gaz : circuit de réinjection d’eau pétrolière

Chimie et pétrochimie : circuit d’eau industrielle

Réseau urbain : eau glacée, chauffage, adduction d’eau

Nucléaire : circuit de refroidissement

Naval : circuit de refroidissement des navires

Sidérurgie : circuit de refroidissement

Papeterie : eau de process
24
Conclusion
1.
2.
Comptage dans l’eau via
ensemencement sur
milieux de culture
Bactéries
sulfurogènes
Traitement biocide
ponctuel
Dépôts
1. Traitement anticorrosion et dispersant
H2S
Monitoring de
la [H2S]
Corrosion
2. Monitoring de [Fe2+]
1.
Quantification du risque
de biocorrosion localisée
des aciers au carbone
2.
Suivi de l’efficacité des
traitements biocides
CFG MIC Sensor®
25
Merci pour votre attention
Catherine COTICHE,
Responsable service hydrochimie corrosion
02 38 64 36 71
[email protected]
SAS au capital de 1M€
www.cfgservices.fr
3, avenue Claude Guillemin, Orléans
26