Kr) lors d’une expérience en contexte de puits de forage dans la zone vadose
4.3. Résultats complémentaires
4.3.2. Description de la dynamique du CO 2 , de l’He et du Kr au niveau du cercle d’observation à 2 m lors de
4.3.2. Description de la dynamique du CO
2, de l’He et du Kr au
niveau du cercle d’observation à 2 m lors de
l’expérience de fuite
Les paragraphes qui suivent présentent les variations du panache de gaz injecté dans toutes les sondes du site pilote. Ils permettent de compléter l’approche 2D réalisée dans l’article par une approche dans les trois dimensions de l’espace.
Pour rappel, les couches S, C et K sont situées à respectivement 0.10, 0.45 et 0.90 m de profondeur (Fig. 4.1). De plus, on définit le temps de rétention d’une espèce dans une sonde donnée comme le temps nécessaire pour qu’elle puisse atteindre son maximum de concentration.
• Profil S
La teneur en CO2 dans S1K varie entre 12 990 et 7 754 ppm avec un temps de rétention de 115 h (Fig. 4.10). Contrairement à ce qui a été observé dans les sondes du puits (Fig. 4.4),
aucune régression exponentielle ne permet de conclure que le CO2 migre via un transport
diffusif seul. Pour ce qui est de la teneur en He, elle varie entre 104 et 298 ppm avec un temps de rétention de 63 h. La chronique temporelle de la concentration en He se présente sous forme de cloche : une rapide progression de la concentration jusqu’à un palier maximum est suivie par une décroissance progressive de l’espèce jusqu’aux valeurs de baseline. La décroissance de la concentration en He témoigne d’un transport diffusif par
régression exponentielle (Tableau 4.1). Quant à la concentration en Kr, elle témoigne d’une dynamique similaire avec un temps de rétention de 148 h à 143 ppm. On observe ainsi un
déphasage temporel de 33h entre le CO2 et le Kr. Aucune régression exponentielle n’est
mesurée sur la décroissance du Kr.
Au voisinage de S1C, la concentration en CO2 fluctue entre 7 450 et 10 800 ppm avec une
valeur médiane de 9 000 ppm (Fig. 4.10a). Le temps de rétention de l’He est de 63 h avec 75 ppm. Le Kr présente un temps de rétention de 148 h avec 20 ppm. Seul l’He présente une décroissance exponentielle dont le coefficient de corrélation est présenté en Tableau 4.1.
En S1S, les concentrations en CO2, He et Kr ne comportent aucune tendance particulière
mais fluctuent entre 175 et 690 ppm pour le CO2, 20 et 2 ppm pour l’He et entre 6 et 1 ppm pour le Kr (Fig. 4.10). Comme mentionné dans les paragraphes précédents, ces faibles valeurs peuvent être expliquées par un dégazage vers l’atmosphère et une activité biologique fluctuante.
Fig. 4. 10 a) Chroniques temporelles du CO2. b) Chroniques temporelles du Kr. c) Chroniques temporelles de l’He. S : couche S placée à 15 cm de profondeur ; C : couche C placée à 45 cm de profondeur ; K : couche K placée à 90 cm de profondeur. Les marqueurs « cercle plein » représente les sondes des profils appartenant au groupe 1. Les marqueurs « carrés » représentent les sondes des profils appartenant au groupe 2. La localisation des sondes est faite sur la Figure 4.1.
Tableau 4. 1 Caractéristiques des pics de concentration en CO2, de l’He et du Kr. 1/µ représente le facteur exponentiel du temps de rétention. Il représente le temps nécessaire à une mole de gaz pour se déplacer dans le massif. Il est calculé par régression exponentielle des chroniques temporelles. Tous les résultats présentent un coefficient de corrélation exponentiel supérieur à 0.8. Les résultats concernant les autres sondes ont été présentés dans le Tableau 4.1.
Sondes Profondeur (cm) Distance au point d’injection (cm) Gas Temps de rétention (h) Cmax (ppm) 𝟏 µ⁄ Coefficient de corrélation R2
N1S 10 262 CO2 116 26 000 - - He - > 3 000 2.87 0,9 Kr 50 1 292 4.07 0,9 N1C 40 244 CO2 116 15 500 - - He - > 2 000 2.99 0,9 Kr 50 656 4.57 0,9 N1K 90 219 CO2 - 17 000 - He 96 91 4.5 0,9 Kr 144 34 7.2 0,9 S1S 10 262 CO2 664 - - He 48 42 - - Kr 96 7 - - S1C 40 244 CO2 120 10 800 - - He 96 74 - - Kr 168 22 - - S1K 90 219 CO2 115 12 990 12.5 - He 63 298 6.67 0,9 Kr 148 143 - - E1S 10 262 CO2 116 9 900 - - He - 250 4.5 0.9 Kr 107 150 5.6 0.8 E1C 40 244 CO2 - 12 000 - - He - 880 2.98 - Kr 106 200 - - E1K 90 219 CO2 96 16 000 - - He - > 1 400 3.65 0,9 Kr 107 533 4.39 0,9 O1S 10 244 CO2 126 6 000 - - He 63 39 - - Kr 150 11 - - O1C 40 244 CO2 120 800 - - He 152 10 - - Kr 25 48 - - O1K 90 219 CO2 - 5000 9 0.8 He 48 260 3.2 0.9 Kr 96 75 - - D1S 10 244 CO2 - 20 000 - - He 18 96 7.8 0.9 Kr 5 120 - - D1C 40 244 CO2 - > 10 000 - - He 72 > 1 000 3.06 0,9 Kr 100 264 4.55 0,9 D1K 90 219 CO2 - 20 000 25 0.8 He 72 143 4.7 0.9 Kr 188 45 7.3 0.9
• Profil N
Au voisinage de la sonde N1K, la chronique temporelle de la concentration en CO2 varie
entre 9 000 et 17 500 ppm (Fig. 4.10a). Aucun temps de rétention ne peut être rigoureusement relevé. La chronique temporelle présente un palier autour de 17 000 ppm. Le Kr et l’He présentent respectivement un temps de rétention de 240 h et 72 h. Ils présentent un maximum respectif de 40 et 90 ppm.
En N1C, la teneur en CO2 présente un temps de rétention de 116 h à 15 500 ppm (Fig. 4.10a). La diminution de la concentration n’est pas constante et présente un palier maximal à environ 240 h après l’injection. Aucun temps de rétention n’a pu être relevé dans la chronique temporelle de l’He, ce qui peut signifier que la concentration maximale atteinte au voisinage de cette sonde pourrait être supérieure à 2 000 ppm. Cette concentration correspond à celle en début d’acquisition. La teneur en He diminue de plus de 75 % en 140 h. Le Kr montre un temps de rétention de 50 h à 656 ppm.
La dynamique du panache gazeux en N1S est similaire à celle décrite en N1C, avec une
teneur en CO2 comprise entre 14 000 et 26 000 ppm et un temps de rétention de 116 h
(Fig. 4.10). De même qu’en N1C, aucun temps de rétention n’a pu être relevé pour l’He. La chronique temporelle présente une décroissance très rapide à partir de 3 000 ppm jusqu’à des valeurs proches de celles de la baseline à la fin de l’acquisition. Cela suppose qu’une concentration supérieure à 3 000 ppm d’He aurait pu traverser la sonde N1S. La chronique du Kr présente un temps de rétention de 50 h à 1150 ppm.
• Profil E
La chronique temporelle du CO2 en E1K présente une concentration en CO2 fluctuant entre
16 000 et 11 000 ppm (Fig. 4.10). Elle présente un maximum très peu marqué de 116 h après le début de l’injection. La phase gazeuse de l’He ne présente aucun temps de rétention. Il existe donc une grande probabilité que sa concentration ait dépassé 1 500 ppm. La chronique affiche une diminution constante de la concentration à partir de 1400 ppm jusqu’à des valeurs de baseline. La tendance générale du Kr montre un comportement en cloche avec un temps de rétention de 107 h à 533 ppm.
Les chroniques du CO2, au voisinage des sondes E1C et E1S, présentent des variations de
concentration en « dents de scie », c’est-‐à-‐dire avec une succession de maxima et minima
d’amplitudes élevées. Les teneurs en CO2 fluctuent respectivement autour de 6 000 et 8
000 ppm. (Fig. 4.10a). La concentration en He ne possède aucun maximum témoin d’une concentration maximale plus élevée que celle enregistrée lors de l’acquisition par le dispositif expérimentale (880 ppm). La phase gazeuse du Kr présente un pic de concentration de 200 et 150 ppm au voisinage des sondes E1C et E1S respectivement avec un temps de rétention de 106 h.
• Profil O
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.