Dynamique  spatiale  et  temporelle  du  krypton  et  de  l’hélium  sur   l’ensemble  du  site  pilote

6.2.5.3. Dynamique  spatiale  et  temporelle  du  krypton  et  de  l’hélium  sur  

l’ensemble  du  site  pilote  

Les  Fig.  6.3b  et  6.3c  présentent  un  ensemble  d’interpolation  sous  Surfer  des  simulations  de   fuites   diffuse   et   ultra   diffuse   pour   l’hélium   et   le   krypton   respectivement.   Afin   de   caractériser   l’évolution   spatiale   et   temporelle   des   panaches   gazeux   des   espèces   gazeuses  

utilisés  comme  traceurs  de  la  dynamique  du  CO2  dans  la  zone  vadose,  il  est  nécessaire  de  

s’intéresser  également  aux  temps  de  rétention  et  aux  maximas  de  concentration  (Tableau   6.3).   Pour   la   fuite   brutale,   le   jeu   de   données   est   trop   faible   pour   pouvoir   effectuer   une   comparaison  des  chroniques  temporelles  des  différentes  fuites  pour  toutes  les  sondes.      

Dans   le   cas   de   l’hélium,   à   la   périphérie   du   puits,   les   temps   de   rétention   n’ont   pu   être   mesurés  lors  de  la  fuite  brutale.  Cependant,  Rillard  et  al.  (2015)  ont  estimé  qu’il  ait  atteint   son  maximum  de  concentration  moins  de  20h  après  le  début  de  l’injection  dans  le  puits  de   forage.  De  même  pour  la  fuite  diffuse,  les  temps  de  rétention  sont  estimés  inférieurs  à  24h   (Tableau  6.3).  Les  concentrations  en  hélium  atteintes  peuvent  donc  être  considérées  de  ce   fait  comme  supérieures  à  celles  qui  ont  été  mesurées  (Tableau  6.3).  Sur  l’ensemble  du  site   pilote,  lors  de  la  fuite  ultra  diffuse,  l’hélium  possède  un  temps  de  rétention  compris  entre   72  et  168h.  Excepté  pour  les  sondes  CK2  et  N1S,  l’ensemble  des  sondes  présente  un  temps   de  rétention  de  144h.  Les  facteurs  d’enrichissement  sont  compris  entre  339  et  13%  et  ne   présentent   aucune   corrélation   en   fonction   de   la   profondeur   ou   de   la   distance   au   point   d’injection.  Le  chapitre  5  a  montré  également  que  l’hélium  a  été  la  seule  espèce  gazeuse  à   présenter  deux  pics  de  concentrations,  séparés  d’environ  48h  dans  les  sondes  CC,  CS,  S1C,   E1C  et  E1K.    

Les  interpolations  sous  Surfer  montrent  que  dès  le  début  de  l’injection  le  panache  de  gaz  de   l’hélium   migre   rapidement   sur   l’ensemble   de   la   coupe   Nord-­‐Sud.   Une   migration   préférentielle  est  observée  entre  les  sondes  du  puits  et  N1S  pour  les  fuites  diffuse  et  ultra   diffuse  (Fig.  6.3b).  120h  après  l’injection,  la  teneur  en  hélium  est  comprise  entre  5  et  800   ppm   pour   la   fuite   diffuse.   Tandis   qu’elle   est   entre   80   et   2   000   ppm   pour   la   fuite   ultra   diffuse.  240h  après  l’injection,  la  concentration  est  quasi  homogène  sur  la  coupe  Nord-­‐Sud  

pour  la  fuite  diffuse,  avec  en  moyenne  40  ppm.  A  l’inverse  pour  l’ultra  diffuse,  l’ensemble   du  panache  reste  hétérogène  avec  des  concentrations  d’environ  300  ppm  en  CK3  et  CK  et   d’environ  100  ppm  sur  le  reste  de  la  coupe  Nord-­‐Sud  (Fig.  6.3b).  

Dans   le   cas   du   krypton,   le   Tableau   6.3   montre   que   les   temps   de   rétention   n’ont   pu   être   mesurés  que  dans  le  puits  lors  de  la  fuite  brutale.  Pour  le  reste  de  la  zone  d’étude,  ils  sont   inférieurs   à   20h   (Fig.   6.3c).   Globalement   dans   le   puits,   les   temps   de   rétention   sont   respectivement   les   plus   courts   pour   la   fuite   diffuse,   puis   la   fuite   brutale   et   enfin   la   fuite   ultra   diffuse.   En   revanche,   hors   du   puits,   plus   la   fuite   est   diffuse   et   plus   le   temps   de   rétention  du  krypton  est  important.  La  Fig.  6.3c  présente  les  interpolations  sous  Surfer  de   la  migration  du  panache  de  krypton  lors  des  fuites  diffuses  et  ultra  diffuse.  Dès  le  début  de   l’injection,  un  chemin  préférentiel  se  dessine  entre  le  point  d’injection  et  les  sondes  N1S  et   N1C  dans  les  deux  interpolations  de  fuite.  120h  après  l’injection,  la  concentration  au  point   d’injection  est  d’environ  2  000  pour  la  fuite  diffuse  et  7  000  ppm  pour  la  fuite  ultra  diffuse.   La   migration   préférentielle   est   toujours   présente   dans   la   fuite   diffuse   alors   qu’elle   n’est   plus   clairement   définie   dans   l’ultra   diffuse.   240h   après   l’injection,   deux   zones   se   distinguent  dans  les  deux  interpolations  numériques.  La  première  se  situe  au-­‐dessous  de  la  

couche  K  avec  dans  les  deux  simulations  numériques  des  teneurs  en  CO2  supérieures  à  1  

000   ppm.   La   seconde   se   situe   au-­‐dessus   de   la   couche   K,   avec   des   concentrations   10   fois   plus  faibles.  Bien  que  l’interpolation  ne  puisse  le  montrer  à  cause  du  manque  de  données,   le  panache  de  krypton  semble  s’étendre  latéralement  bien  plus  que  sur  la  coupe  Nord-­‐Sud.     Ces   expériences   montrent   que   plus   la   pression   d’injection   est   grande   et   plus   le   temps   rétention  est  court  

La  migration  des  gaz  nobles  est  donc  différente  selon  qu’il  s’agit  de  l’hélium  ou  du  krypton.   Cette   différence   provient   de   leur   de   leur   masse   moléculaire   et   par   conséquent   de   leur   coefficient  de  diffusivité.  Leur  migration  est  également  fonction  de  leur  solubilité  dans  la   phase   aqueuse.   Ces   différences   peuvent   permettre   en   outre   deux   usages   différents   pour  

chacun   d’eux.   La   diffusion   des   gaz   nobles   est   comme   le   CO2   fonction   de   la   pression  

d’injection.  Un  fort  gradient  de  pression  favorise  la  migration  par  advection  et  par  chemin   préférentiel.   Dans   le   cas   de   la   fuite   brutale,   la   migration   des   espèces   est   identique   et   ne   permet  pas  de  prévenir  l’arrivée  du  CO2  en  surface.    

Selon   les   résultats   présentés   précédemment,   la   phase   gazeuse   possède   une  

dynamique   particulière   dans   chacune   des   expériences   de   fuite.   La   Fig.   6.4  

présente   une   modélisation   graphique   de   la   dynamique   du   CO2   dans   chacun  

des  cas  étudié.  Ainsi  la  fuite  brutale  est  majoritairement  caractérisée  par  une  

migration  massive  à  la  fois  de  CO

,  d’He  et  de  Kr  au  voisinage  du  profil  N  via  

un  flux  advectif.  Ce  flux  ne  dure  cependant  que  48h.  En  surface  du  site  pilote,  

le   gaz   se   détend   ce   qui   favorise   le   transport   diffusif   dans   les   premiers  

centimètres   de   la   zone   vadose.   De   même   la   perméabilité   et   la   porosité   des  

couches   S   et   C   induisent   un   transport   latéral   de   la   phase   gazeuse   en  

subsurface.  En  dehors  du  chemin  préférentiel  entre  le  point  d’injection  et  les  

sondes  du  profil  N,  le  reste  de  la  phase  gazeuse  migre  en  accords  avec  les  lois  

de   la   diffusivité   des   espèces   gazeuses   étudiées   (Fig.   6.5).   Néanmoins,   ces  

résultats  prennent  également  en  compte  que  la  période  de  la  fuite  brutale  a  

été   ensoleillée   avec   une   ouverture   des   pores   du   massif   carbonaté.   Ce   qui   a  

facilité  la  migration  des  espèces  dans  le  réseau  poreux  du  site  pilote.    

L’expérience   de   fuite   diffuse   a   démontré   à   la   fois   une   migration   de   type  

advective   et   de   type   diffusive   (Fig.   6.4).   Le   flux   advectif,   moins   intense   que  

lors  de  la  fuite  brutale,  se  déroule  entre  le  point  d’injection  et  les  sondes  des  

profils  N.  Elle  s’est  déroulée  durant  des  évènements  pluvieux  intenses.  Ceci  a  

favorisé  la  formation  d’un  front  d’humidité  au  niveau  de  la  couche  C  de  la  zone  

vadose.   Ce   front   a   joué   un   rôle   important   dans   l’amortissement   de   la   fuite  

dans  la  zone  vadose  en  facilitant  la  dissolution  du  CO

 dans  la  phase  aqueuse  

(transfert  de  masse  vers  la  phase  soluble).  La  migration  du  gaz  à  l’extérieur  du  

chemin  préférentiel  s’est  réalisée  en  accord  avec  les  lois  de  la  diffusivité.  Il  est  

important   de   noter   que   l’écart   des   temps   de   rétention   entre   l’hélium   et   le  

krypton   est   deux   fois   plus   important   lors   de   la   fuite   diffuse.   Ceci   peut  

s’expliquer  encore  par  la  pluviométrie  qui  a  pu  entraîner  une  fermeture  des  

pores  et  donc  un  fractionnement  plus  efficace  des  espèces  gazeuses  (Fig.  6.5)    

Enfin   l’expérience   de   fuite   ultra   diffuse   montre   a   montré   un   diffusion   quasi