Insertion de l`incertitude et définition de seuils critiques pour l

Insertion de l’incertitude et définition de seuils critiques pour
l’analyse de risques du stockage du CO2
Tatiana OKHULKOVA – [email protected]
Directeur de thèse : Didier CLOUTEAU – Ecole Centrale Paris – Laboratoire MSSMAT – Chatenay-Malabry [email protected]
Co-encadrants de thèse : Régis COTTEREAU (Laboratoire MSSMAT), Etienne de ROCQUIGNY (Laboratoire MAS)
Thèse suivie à l’INERIS par Régis FARRET - DRS/ DRSG, et Farid LAOUAFA
La filière de Captage et stockage géologique du CO2 est considérée comme un des outils de lutte
contre le changement climatique : il s’agit de capter le CO2 sur les sites industriels, puis le
transporter et l’injecter dans le milieu souterrain. Dans le cadre de la thèse on considère le cas de
stockage dans des aquifères salins profonds. Le site de stockage en aquifère est composé d’une
roche-réservoir saturée en eau saline, surmontée d’une roche couverture peu perméable.
L’efficacité et la sécurité du stockage géologique devront être assurées sur le court terme aussi
bien que sur le long terme (jusqu'à plusieurs milliers d’années). A l’heure actuelle on ne dispose pas
de méthodes intégrées et de moyens pour évaluer les risques du stockage. Du point de vue
quantitatif l’analyse de risques s’appuie sur la modélisation numérique des processus et des
scénarios identifiés. L’enjeu majeur du travail de thèse est de propager l’incertitude à travers
plusieurs modèles numériques successifs, en tenant compte des dépendances entre les processus.
Un modèle numérique prédictif d’écoulement diphasique (eau + CO2) au sein d’un système constitué
par le réservoir poreux, la couverture et le recouvrement a été construit. Il sera complété en y
intégrant l’ensemble des phénomènes hydro-mécaniques ainsi que la dissolution du CO2 ; à l’aval,
un autre modèle sera utilisé pour estimer des scénarios de fuite vers les compartiments supérieurs,
et notamment un aquifère situé au-dessus du stockage ; in fine, on estimera les impacts possibles
sur la santé ou sur un écosystème, par le CO2 et ses impuretés, via cet aquifère – le cas d’une
émission à l’air libre pourra éventuellement être étudié.
Les premières études de propagation d’incertitudes et d’analyse de sensibilité ont été menée sur un
modèle semi-analytique (les paramètres incertains : maximum de la perméabilité relative en gaz,
saturation maximale en gaz, porosité, hauteur du réservoir, viscosités des fluides). Les résultats ont
été comparés avec notre modèle numérique. Parmi les méthodes utilisées : l’analyse de sensibilité
locale par une décomposition de Taylor de la variance, l’analyse de sensibilité globale et
propagation d’incertitudes par la méthode Monte Carlo, la fonction de densité de probabilité de la
réponse par une représentation spectrale (décomposition sur une base de polynômes de chaos).
Le choix d’une méthode appropriée pour une étude d’incertitudes du modèle numérique prédictif
est en cours. La simulation par ce modèle est coûteuse, notamment en raison de la résolution
couplée des équations et de la forte non-linéarité du problème. Le but est donc de choisir une
méthode, telle une surface de réponse ou des polynômes de chaos, qui permet de minimiser le
nombre d’appels au modèle nécessaires afin d’avoir un jugement sur l’influence des multiples
paramètres incertains sur la réponse.
Il s’agira ensuite d’y inclure la variabilité spatiale des caractéristiques du milieu souterrain, qui est
une autre composante a priori importante de l’incertitude. Des premiers travaux ont permis de
générer un champ aléatoire de perméabilité par une approche spectrale et de l’intégrer au sein du
modèle numérique d’écoulement diphasique dans le cadre déterministe. Une étude probabiliste est
envisagée pour l’estimation de l’effet de présence des hétérogénéités sur l’écoulement des fluides.
Mots clés : stockage du CO2, modélisation hydrodynamique, incertitude, Monte Carlo,
polynômes de chaos, analyse de risques, variabilité spatiale