Chapitre 6 : Calcul du comportement mécanique des cavités salines soumises à des cycles journaliers
6. Etude paramétrique
Une étude paramétrique est réalisée dans cette section pour des variantes que l’on a jugées utiles à l’analyse de la stabilité du système. Quelques paramètres du cas de base étudié dans les pages précédentes sont maintenant modifiés et, on observe l’effet de ces derniers sur le comportement du gaz stocké et de la caverne dans son environnement. Pour ce faire, on s’est successivement intéressé aux conditions à la limite, à l’amplitude du cycle de chargement, à la température d’injection de l’air et à l’évolution de la température dans le sel environnant la caverne.
6.1. Conditions à la limite et largeur du pilier
Pour les cavités EU et SG, deux conditions à la limite sont étudiées ici. On distingue la condition en déplacement de la condition en pression (section 1.2.2). Dans un cas, on bloque les déplacements horizontaux sur le bord droit du maillage et dans l’autre on y impose la pression géostatique. La logique de l’étude étant de rester proche des conditions réelles des sites pour lesquelles on disposait des paramètres, le pilier durant toute l’étude est resté figé à 125 m de l’axe. La Figure 6.25 présente pour la cavité EU l’évolution du volume de la cavité selon que le pilier soit bloqué à 125 m et que la pression géostatique soit imposée à 125 m et à 1000 m. On observe que sur un pourtour du pilier à 125 m de l’axe, la cavité perd moins de volume lorsque les déplacements sont bloqués par rapport au cas où la pression géostatique est appliquée. Aussi, la perte de volume est limitée pour un pilier à 1000 m de l’axe en comparaison avec un pilier de 125 m de l’axe dans les mêmes conditions c’est-à-dire en supposant qu’on a imposé une pression géostatique sur le bord droit dans les deux configurations.
Figure 6.25. Cavité EU – Evolution du volume de la cavité pour un pilier à 125 m déplacements horizontaux libres ou bloqués et 1000 m déplacements libres de l’axe. Cette étude montre aussi l’importance d’une distance moyenne qu’il faut garder entre deux cavités dans un champ. En effet, lors du calcul d’une cavité isolée, la condition à la limite idéale est la pression géostatique imposée sur le bord droit à grande distance par rapport à l’échelle de la cavité et du puits. Mais dans un champ de cavité où les cavités sont proches les unes des autres, cette condition à la limite perd de sa pertinence dans un calcul 2D axisymétrique. Il est donc conseillé de prendre en compte la seconde condition à la limite qui consiste à annuler tout déplacement horizontal pour représenter de
Chapitre 6. Calcul du comportement mécanique des cavités salines soumises à des cycles journaliers façon plus juste l’influence des cavités voisines. Cependant on peut prévoir que cette méthode sera très pessimiste pour évaluer la cuvette de subsidence en surface. C’est la raison pour laquelle on a aussi tracé pour la cavité EU, sur la Figure 6.26, les déplacements et leurs directions, selon que le pilier soit à 125 m (déplacements nuls ou pression imposée) ou à 1000 m avec pression imposée. Ces déplacements sont calculés à partir de la fin de la période de lessivage. Le coefficient d’amplification est de 500, ce qui veut dire qu’on a multiplié par 500 la valeur du déplacement au nœud considéré. On observe donc que les déplacements sont plus importants et que leur direction est quasiment orientée du haut vers le bas pour la configuration où la condition à la limite est l’annulation des déplacements horizontaux sur le bord droit.
Ensuite sur la Figure 6.27 on a tracé, toujours pour la cavité EU, l’intensité et les directions des deux contraintes principales dans le sel autour de la cavité pour les trois configurations citées. Pour ces figures, le coefficient d’amplification est de 0,5 m/MPa. A cet instant (à 3095,64 jours ou à la fin du soutirage au 1er cycle), on observe que toutes les contraintes principales sont évidemment compressives.
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Figure 6.26. Directions des déplacements dans le sel autour de la cavité EU. Déplacements horizontaux fixés sur le bord droit à 125 m de l’axe (en haut à gauche) ; pression géostatique
imposée sur le bord droit à 125 m de l’axe (en haut à droite) ; pression géostatique imposée sur le bord droit à 1000 m de l’axe (en bas).
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Figure 6.27. Directions des contraintes principales dans le sel autour de la cavité EU. Déplacements fixés sur le bord droit à 125 m de l’axe (en haut à gauche) ; pression géostatique
imposée sur le bord droit à 125 m de l’axe (en haut à droite) ; pression géostatique imposée sur le bord droit à 1000 m de l’axe (en bas).
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6.2. Amplitude des sollicitations cycliques
Un chargement cyclique entre 5-6 MPa (au lieu d’entre 2-3 MPa) est envisagé pour la cavité EU. Une analyse comparative des résultats obtenus est donnée ci-après.
6.2.1. Perte de volume et subsidence de la cavité
Le volume de la cavité EU est de 122 811 m3. En fin de chargement avec un cycle compris entre 5-6 MPa, on obtient une perte de volume de 3% (de 122 811 m3), c’est-à-dire inférieure à celle obtenue pour un cycle compris entre 2-3 MPa qui était de 7%. La subsidence calculée en tête de puits pour un chargement cyclique 5-6 MPa le confirme en présentant une différence de 100 mm au lieu de 190 mm par rapport à un chargement cyclique 2-3 MPa.
6.2.2. Isovaleurs du coefficient de sécurité (FoS)
Pendant les phases de soutirage, une zone de dilatance moins épaisse se développe pour un chargement cyclique 5-6 MPa comparativement au chargement cyclique 2-3 MPa (Figure 6.28). La superposition des contraintes purement mécaniques et thermomécaniques creent une évolution complexe du FoS.
Premi er sout irage Dernie r sout irage
Figure 6.28. Cavité EU – Isovaleurs du facteur de sécurité (FoS) pendant le premier (à 3095,64 jours) et le dernier (à 8772,64 jours) soutirage d’air (jeu de paramètres de Moss Bluff).