7.2.1 Méthodes
L’objectif principal de ce volet était de tester l’injection de mousse comme tech-nique de confinement in situ. S’agissant d’une injection dans un cadre de remé-diation environnementale, le mélange de tensioactifs doit être biodégradable. La démarche adoptée était la suivante :
• Afin de garantir la réussite de l’injection de mousse, nous avons voulu com-prendre les mécanismes permettant de déterminer l’efficacité de la mousse en tant qu’"agent bloquant". Nous avons voulu aussi tester l’influence de paramètres gouvernant la génération de mousse afin de définir la formula-tion optimale à la fois pour le blocage mais aussi considérant la contrainte de la pression d’injection.
• La première inconnue concernant l’injection de mousse sur un site réel concerne la capacité de la mousse à se propager et à conserver ses propriétés bloquantes dans le milieu poreux. Pour définir ce comportement nous avons mené des expériences en colonne, développé un pilote 2D et réalisé des tests sur des forages en site réel.
• Comme l’objectif principal est de garantir le confinement pendant un temps significatif, nous avons aussi évalué la durée de stabilité de la mousse. • Un système d’injection de mousse autonome a été développé et a permis
• Une combinaison de tests de terrain couplés à la modélisation numérique a permis de mesurer l’effet de confinement autour de la zone source.
7.2.2 Résultats
Des résultats majeurs ont été obtenus pour une optimisation de la génération de mousse en milieu poreux :
• La capacité de la mousse à réduire de façon drastique le krw pour toutes les échelles de mesures (1D, 2D, et 3D) et ceci indépendamment du RF. Ce résultat est primordial en vue de l’application sur le terrain ou une mousse moins forte (sous-entendu moins visqueuse) peut être injectée pour les objectifs de confinement en contexte environnemental, c’est-à-dire avec une contrainte forte au niveau de la pression d’injection
• Une stabilité de la mousse et un pouvoir bloquant sur plusieurs mois. En terme d’applicabilité cette donnée implique un nombre d’interventions re-lativement faible réduisant ainsi les coûts opérationnels
• Le confinement effectif avec une réduction du flux de polluant au sortir de la zone source d’un facteur proche de 5. L’injection offre ainsi la possibilité de contrôler et réduire le relargage de polluant dans les systèmes aquifères. Cependant, l’objectif majeur est d’utiliser cette configuration d’injection en soutien d’une technique de traitement afin de maximiser l’impact de celle-ci.
7.2.3 Synthèse des connaissances pour l’applicabilité sur
site
D’après notre retour d’expérience, la figure 7.2 présente le degré d’importance de chacun des paramètres relatifs à une injection de mousse sur site. Le point central, différenciant les applications proposées pour l’injection de mousse, réside dans les propriétés des deux fluides : celui à déplacer et celui qui est initialement présent dans le milieu poreux. Ainsi, les NAPLs présentent des propriétés physico-chimiques moins favorables (viscosité et pression capillaire plus élevées) pour leur déplacement par la mousse que pour le cas de l’eau.
La première étape consiste en la sélection d’un ou plusieurs tensioactifs. Il s’agit d’une étape primordiale. Le but principal est de pouvoir générer de la strong
foam, sous-entendu une mousse stable. La stabilité est donnée par la capacité de la mousse à :
• Se développer à des pressions capillaires limites P∗
c élevées • Contrer les effets gravitaires
La maximisation des deux points précédents permet d’augmenter l’efficacité du balayage de l’aquifère par la mousse. Si le caractère strong foam semble in-dispensable pour la mobilisation des NAPLs, nous avons montré par nos expé-riences qu’une mousse présentant un RF de l’ordre de 20 était compatible avec
Figure 7.2 : Réflexion sur les points importants garantissant l’efficacité de l’in-jection de mousse
notre application de confinement. Cette donnée est importante car l’injection d’une mousse relativement moins stable permet de mieux gérer les contraintes de pression liées à une injection à faible profondeur.
Dans le cadre de la mobilisation, les fortes pressions d’injections sont souvent traitées par l’utilisation du CO2, plus soluble que le N2. La génération de mousse à partir de CO2 semble moins adaptée pour le confinement in-situ car la stabilité de la mousse dans le temps semble plus faible.
La stabilité de la mousse peut aussi être maximisée par la définition d’une qualité de mousse adapté à l’application visée. Notre approche expérimentale sur la qualité de mousse (supérieure à 95 %) permet de définir une mousse présen-tant un RF (de l’ordre de 20) tout en conservant le régime strong foam. Pour la mobilisation des NAPLs, la définition de la qualité de mousse optimale est primordiale.
Pour le confinement in-situ, théoriquement, la réduction maximale de la satu-ration jusqu’à S∗
w, est obtenue lorsque la pression capillaire limite P∗
c est atteinte. La combinaison de nos expériences aux résultats de la littérature montre que la relation P∗
c-S∗
w est atteinte pour diverses conditions d’injections. Le RF associé à l’injection de mousse n’influe pas sur la réduction de la saturation en eau dans le régime strong foam.
Si le débit d’injection et le mode d’injection ont été volontairement séparés, pour mettre en avant le fait que chaque mode d’injection semble adapté pour les objectifs de confinement, ces deux paramètres semblent être intimement liés en conditions de terrain car le mode d’injection peut conditionner la vitesse de la mousse à une certaine distance du puits d’injection. Ce conditionnement s’ap-plique de la même façon pour la mobilisation des NAPLs.
La comparaison des deux applications montre que la sélection des conditions d’injections semble plus contraignante pour la mobilisation que pour le blocage.
7.2.4 Limites
Il existe différentes limites associées à ce travail.
La caractérisation de la propagation de la mousse n’a pas été totalement élu-cidée. Les premières estimations réalisées à partir de la modélisation numérique doivent être considérées comme incertaines car il s’agit d’une méthode indirecte. En effet, la modélisation entraine la possibilité de plusieurs solutions tant sur la position et le rayon de la zone de mousse, et dans une moindre mesure la valeur de la réduction de la conductivité hydraulique (comme le montre l’analyse de sensibilité). De même, les zones de mousse considérées comme homogènes verti-calement et horizontalement représentent une simplification de la réalité. Compte tenu des données acquises sur le terrain l’impact gravitaire sur la propagation de la mousse n’a pu être estimée et n’est pas pris en compte dans les modèles. Ces phénomènes peuvent avoir un impact majeur et entrainer un balayage partiel de l’aquifère entrainant un confinement moins important. Soulignons toutefois que le confinement global a été mesuré à l’aide des flux de polluants. Ainsi, afin de conserver le taux de confinement global, en présence d‘un effet gravitaire, celui-ci
doit conduire à un confinement réel plus faible que celui simulé dans la partie basse de l’aquifère, mais plus élevé dans la partie haute.
Par ailleurs les expériences de laboratoire suggèrent que le pouvoir bloquant de la mousse augmente en fonction du nombre de volumes de pores injectés. Ceci conduit à la nécessité d’injecter des volumes de mousse importants.
Sur le terrain, le choix de la méthode d’injection peut constituer une limite à l’injectivité et donc à l’influence de la mousse à distance du puits d’injection. Il est reconnu que la pré génération implique des pressions d’injections plus élevées que la co-injection et le SAG. Ce faisant, la vitesse d’injection de mousse est réduite et la propagation de la mousse semble plus longue pour la pré génération de mousse (Rossen, 1996). Ainsi pour réduire les temps d’injections et augmenter les vitesses à distance du puits, un mode d’injection de type SAG devrait donner de meilleurs résultats
Enfin la caractérisation du confinement par mesure de flux n’a pas pu être répétée sur une ou plusieurs campagnes de mesures. La dynamique des flux suite au blocage n’a ainsi pas été établie.