Kr) lors d’une expérience en contexte de puits de forage dans la zone vadose
4.3. Résultats complémentaires
4.3.3. Comportement du CO 2 , de l’He et du Kr dans les différents profils : spatialisation verticale des variations
L’He présente un temps de rétention de 48 h à 260 ppm en O1K. A l’inverse, le CO2 présente une concentration en constante diminution de 5 000 à 3000 ppm sans temps de rétention (Fig. 4.10). La chronique temporelle du Kr présente un temps de rétention de 96
h à 75 ppm. Au voisinage des sondes O1C et O1S, les chroniques temporelles du CO2
présentent chacune un temps de rétention de 120 h à 800 ppm et 6 000 ppm respectivement (Fig. 4.10a). Les concentrations en Kr sont très faibles, proches de la limite de détection dans le cas de O1C (environ 1 ppm). Au voisinage d’O1S, le temps de rétention du Kr de 152 h avec 10 ppm. Dans les deux sondes O1C et O1S, l’He présente respectivement un pic de concentration à 25 et 39 ppm, 48h après le début de l’injection. Ces temps de rétention sont suivis d’une décroissance exponentielle relative au processus de diffusion jusqu’à des valeurs proches du milieu naturel (Tableau 4.2).
• Profil D
Aucune des sondes du profil D ne présente de temps de rétention marqué relatif à la
concentration en CO2. La concentration diminue au voisinage de D1K de 20 000 ppm à 14
100 ppm durant le temps d’acquisition (Fig. 4.10). En D1C et D1S, elles fluctuent respectivement entre 11 000 et 8 000 ppm et entre 6 000 et 3 200 ppm (Fig. 4.10). La concentration en He est la plus importante en D1C, D1K puis D1S. Aucun temps de rétention ne peut être relevé en D1C. Ceci laisse à penser que la concentration maximale pourrait avoir atteint plus de 1 000 ppm. Le coefficient de régression montre également que l’He a subi un transport diffusif au voisinage de cette sonde (Tableau 4.2). Au voisinage de D1K et D1S, la teneur en He présente respectivement un pic de concentration de 140
ppm et 18 ppm, 72h après le début de l’injection.
De même pour le Kr, les teneurs sont plus importantes respectivement en D1C puis D1K et D1S. Aucun temps de rétention ne peut être relevé en D1C mais un palier irrégulier est présent entre 48 et 96h. A l’inverse, au voisinage de D1K et D1S, la teneur en Kr croit significativement jusqu’à 50 et 5 ppm respectivement, 127 h après le début de l’injection.
4.3.3. Comportement du CO
2, de l’He et du Kr dans les
différents profils : spatialisation verticale des variations
Les profils des concentrations en CO2, He et Kr présentent des variations différentes en
fonction de la profondeur. Comme évoqué précédemment, deux groupes différents de
augmentent strictement avec la profondeur et les profils dont les sondes possédent un minimum ou un maximum de concentration au niveau du contact entre le sol et le calcaire (couche intermédiaire, C).
Le Tableau 4.2 présente les variations verticales des espèces en fonction des profils de sondes. Une comparaison est réalisée avec les résultats de Cohen (2013). Toutefois, lors des expériences de Cohen, la lentille d’argiles surplombant la cavité a empêché la diffusion des espèces vers les sondes de subsurface. Ainsi aucune donnée n’est disponible pour la surface dans l’étude de Cohen. En ce qui concerne les teneurs de l’He et du Kr en condition naturelle, elles sont homogènes dans le massif. Pour rappel, les concentrations naturelles en He et Kr sont respectivement de 5 ppm et 1.4 ppm.
Les Fig. 4.1 et 4.12 présentent le comportement des espèces gazeuses en condition de fuite dans notre étude.
Rhino Cohen Rhino Cohen Rhino Cohen
En condition de
fuite CO2 He Kr
Groupe 1 C, E, S, D -‐ C, N, E, S -‐ C, N, E, S -‐
Groupe 2 N, O -‐ O, D -‐ O, D -‐
En condition
naturelle CO2 He Kr
Groupe 1 O, S, C C, E -‐ -‐ -‐ -‐
Groupe 2 D, E, N S, D, N, O -‐ -‐ -‐ -‐
Tableau 4. 3 Tableau recapitulatif des comportements des sondes en fonction des espèces gazeuses pour notre étude et celle de Cohen (2013). Le groupe 1 représente les profils dont la concentration diminue ou augmente en fonction de la profondeur. Le groupe 2 représente les profils de sondes présentant un maximum ou un minimum dans la couche C (45 cm de profondeur).
4.3.3.1. Comportement du CO
2En condition de fuite, les sondes des profils C (puits de forage), E, S et D se placent respectivement dans le groupe 1 (Fig. 4.1a). A l’inverse, le groupe 2 rassemble les profils N et O. Ces résultats montrent un comportement différent de celui des conditions naturelles (Tableau 4.3). En fonctionnement naturel, les profils O, S et C se rassemblent dans le groupe 1 tandis que les profils D, E et N se rassemblent dans le groupe 2. Deux comportements se distinguent donc selon les conditions dans lesquels la zone vadose se place. Aucune donnée en condition de fuite n’est disponible dans les travaux de Cohen pour les raisons citées précédemment. Néanmoins, leurs moyennes journaliéres en condition naturelle montrent que les profils N, D, O et S appartiennent tous au groupe 2 (Fig. 4.11). Parmis eux, les profils N et D possèdent un maximum au niveau de la couche C et les profils
O et S possèdent un minimum. Seuls les profils E et C présentent une diminution de leur
concentration en CO2 avec la profondeur. L’injection de CO2 change donc la dynamique
naturelle des profils. Les valeurs moyennes de Cohen n’excèdent pas 10 000 ppm dans les sondes du cercle d’observation à cette période de l’année.
Cohen et al. (2013) prouvent également que les concentrations mesurées présentent une corrélation linéaire avec les concentrations mesurées entre les sondes E1C, O1C et S1C
dont les coefficients de corrélation (R2) sont supérieurs à 0.8. Ces relations montrent que
les concentrations en CO2 pour ces différents points de mesure pourraient permettre
d’estimer les concentrations en CO2 pour certaines sondes dont les concentrations ont
dépassé la valeur limite maximale des appareils de mesure. Des régressions linéaires ont été réalisées dans le cas de la simulation de fuite diffuse. Le Tableau 4.3 présente les coefficients de corrélation relatifs à ces régressions linéaires. Les relations linéaires entre E1C, O1C et S1C ne sont pas retrouvées dans le cadre de l’injection (Tableau 4.4). En outre, ces cas de non-‐relation dans le cadre d’un plan de surveillance en proche surface, permettent d’identifier des comportements "anormaux" et ainsi de signaler la présence
d’une fuite de CO2. En revanche des relations linéaires existent entre D1K et CK3, CK2, CK
(Tableau 4.4). Les travaux de Cohen n’ont précisé l’existence d’aucune relation entre ces sondes en condition naturelle. A l’inverse de la sonde E1C, l’existence de relation pourrait
permettre d’identifier la présence d’un panache non naturel de CO2 dans le massif
carbonaté. Dans le cadre d’une surveillance de site, ces sondes permettraient d’indiquer l’existence d’une fuite de CO2.
E1K E1C E1S N1K N1C N1S S1K S1C S1S 01K O1C O1S D1K D1C D1S CK3 CK2 CK CC CS E1K 1 -‐ -‐ -‐ -‐ 0,3 0,6 -‐ -‐ -‐ 0,3 0,4 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ E1C 1 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ 0,34 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ E1S 1 0,3 -‐ -‐ -‐ -‐ N1K 1 0,6 0,5 0,7 0,3 0,3 -‐ 0,6 0,7 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ N1C 1 0,6 0,5 0,7 0,3 -‐ -‐ 0,4 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ N1S 1 0,6 0,5 0,3 -‐ -‐ 0.4 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ S1K 1 -‐ -‐ -‐ 0,6 0,6 0,3 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ S1C 1 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ S1S 1 -‐ -‐ -‐ 0,3 -‐ 0,3 -‐ 0,6 -‐ -‐ -‐ O1K 1 -‐ -‐ 0,4 -‐ 0,3 0,3 0,4 -‐ -‐ -‐ O1C 1 0,6 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ O1S 1 -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ -‐ D1K 1 0,4 0,8 0,8 0,6 -‐ -‐ -‐ D1C 1 0,4 0,4 0,4 -‐ -‐ -‐ D1S 1 0,7 0,6 -‐ -‐ -‐ CK3 1 0,7 -‐ -‐ -‐ CK2 1 -‐ -‐ -‐ CK 1 0,9 0,8 CC 1 0,9 CS 1
Tableau 4. 4 Tableau des coefficients de corrélation relatifs aux regressions linéaires des concentrations en CO2 entre chacune des sondes. Les cellules surlignées en marron clair représentent les coefficients de corrélation supérieurs à 0,5. Les tirets (-‐) représentent les coefficients de corrélation inférieurs à 0.3.
Fig. 4. 11 Evolution des profils de concentration en CO2 en fonction des différentes sondes. Deux comportements se distinguent : a) Groupe 1-‐CO2 (groupe qui voit diminuer ses concentrations en fonction de la profondeur) : histogrammes des profils de la concentration en CO2 diminue ou augmente exclusivement en fonction de la profondeur. b) Groupe 2-‐CO2 (groupe qui voit son minimum de concentration au contact sol-‐calcaire) : histogramme des profils de la concentration en CO2 qui connait un minimum dans la couche C.
4.3.3.2. Comportement de l’He
La répartition spatiale de l’He lors de l’expérience est très hétérogène dans le site pilote et même à plus petite échelle dans chacun des profils. Les profils des concentrations en He après injection dans le massif carbonaté peuvent être également séparés en deux groupes distincts. Ainsi, les concentrations dans les sondes des profils C, E et S augmentent avec la profondeur (Fig. 4.12a). Dans le cas des profils C et S, il existe une différence respective de 600 % et 500 % entre les concentrations des sondes de la couche K et celles de la couche C. Le profil N présente une tendance contraire avec une diminution de la concentration en He avec la profondeur. Une différence de 50 % peut être observée entre les concentrations de N1K et N1C.
Le profil D présente un maximum dans la couche intermédiaire, avec une concentration maximale d’environ 1 000 ppm en D1C (Fig. 4.13b), soit une différence de plus de 400 % avec les autres sondes du profil. Au contraire, un minimum de concentration en O1C est mesuré. La sonde O1K présente une concentration maximale 400 fois plus grande en He qu’en O1C.
Les résultats des profils C, E et S sont en accord avec les résultats présentés dans l’article et les conclusions apportées. Par ailleurs, les résultats de modélisation de Garcia et al. (2013) du site pilote de Saint-‐Emilion et d’autres auteurs tels que Mohd-‐Amin et al. (2014), Simunek et al. (2003), Soler et al. (2016) montrent que plus une sonde est proche du point d’injection et plus la concentration maximale atteinte sera importante. Ces relations
peuvent permettre d’identifier la présence d’une fuite de CO2. Cependant, il faudrait que
ces relations soient valables pour des sondes situées à une plus grande profondeur afin d’identifier la fuite de CO2 le plus tôt possible.
Fig. 4. 12 a) Groupe 1-‐He : histogramme des profils dont la concentration en He diminue ou augmente exclusivement en fonction de la profondeur. Groupe 2-‐He : histogramme des profils dont la concentration en He connait un maximum ou un minimum dans la couche C.
4.3.3.3. Comportement du Kr
Les profils de concentrations en Kr peuvent également être répartis en deux groupes distincts en fonction de leur comportement (Fig. 4.13). Ainsi les profils C, E et S présentent des concentrations augmentant avec la profondeur (Fig. 4.13a). Il existe au voisinage des profils C et E une différence de concentrations d’environ 700 % par rapport aux sondes des profils K et C. C’est le contraire, au niveau du profil N où la concentration en Kr diminue lorsque la profondeur augmente avec une différence d’environ 100 % entre la couche K et C.
Le profil D présente un maximum de concentrations en D1C avec une différence de 400 % et 500 % respectivement pour D1K et D1S. A l’inverse, au voisinage de O1C, les teneurs en Kr sont proches des valeurs de la baseline. O1K et O1S présentent respectivement des concentrations maximales de 65 et 10 ppm (Fig. 4.13b).
Fig. 4. 13 a) Groupe 1-‐Kr : histogramme des profils dont la concentration en Kr diminue ou augmente exclusivement en fonction de la profondeur. b) Groupe 2-‐Kr : histogramme des profils dont la concentration en Kr connait un maximum ou un minimum dans la couche C.
4.3.4. Discussion complémentaire du comportement de la
phase gazeuse sur l’ensemble du site pilote
Les variations du panache gazeux sur l’ensemble du site pilote ne sont pas homogènes, à l’image des comportements différents de chaque profil de sondes (Fig. 4.1 et 4.12).
Les propriétés pétrophysiques de la couche C et de la couche K sont différentes. La couche C est le calcaire à Astéries stampien altéré d’une perméabilité d’environ 2 000 mD et d’une