Exp´ erience 7

Le tableau 6.6 r´esume les principales caract´eristiques du fluide d’injection `a 40˚C ´equilibr´e avec une pression de CO2 de 5 bar, et de ce fluide ´equilibr´e avec les dolomites ordonn´ees

et d´esordonn´ees. D’apr`es des consid´erations g´eologiques (provenance de la dolomite) et les diagrammes DRX (cf. Annexe B.3), la dolomite utilis´ee peut ˆetre consid´er´ee comme ordonn´ee. Le graphique (6.16) pr´esente l’´evolution de mCa(x, t) obtenue par simulation effectu´ee avec

le logiciel COORES en consid´erant une cin´etique type “TST” d’ordre 1, et en utilisant un mod`ele de sph`eres flottante pour d´ecrire l’´evolution texturale. La surface initiale des grains a ´

et´e choisie ´egale `a la surface g´eom´etrique de particules sph´eriques.

fluide Equilibre avec Equilibre avec T = 40˚C d’injection dolomite ordonn´ee dolomite d´esordonn´ee

mC 0.117 0.127 0.135 ceq= √ mCa.mMg - 4.92e-03 9.19e-03 pH 3.60 5.44 5.72 m_H 2CO03 0.117 0.107 0.0985 f ug(CO2) 5 4.57 4.21

Table 6.6 – Synth`ese des principales caract´eristiques du fluide `a l’´equilibre avec la dolo- mite (ordonn´ee et d´esordonn´ee) pour un fluide d’injection acidifi´e par CO2 (molalit´es en

mol/l).

Figure 6.16 – Simulations de la dissolution de la dolomite ordonn´ee `a 40˚C p(CO2) = 5

bar dans le r´eacteur 1D, effectu´ees avec le simulateur COORES. La surface r´eactive initiale est ´egale `a la surface g´eom´etrique de particules sph´eriques. En abscisse, mmin,ini, la masse

initiale de dolomite peut ˆetre convertie en distance ´equivalente.

concentrations auxquelles sont adimensionn´ees les graphiques. Pour Ca et Mg, ces concentra- tions sont calcul´ees de sorte que le rapport c0,Ca/c0,Mg soit ´egal au rapport des proportions

molaires P_mol(dol,Ca)/P_mol(dol,Mg) de la dolomite utilis´ee, et que c0,Ca.c0,Mg = c2eq. Pour les autres

´

el´ements, le calcul de la concentration d’adimensionnement est identique au cas de la calcite. La quantit´e ceqest calcul´ee par Archim`ede pour le fluide d’injection donn´e. La non-stœchiom´etrie

du min´eral, peu importante, n’est pas prise en compte dans les simulations pour le calcul du chemin r´eactionnel.

Les concentrations d’adimensionnement sont : – c0,Ca = 5.02 mmol/l

– c0,Mg= 4.84 mmol/l.

– c0,Sr= 0.845 ∗ 10−3 mmol/l.

Les graphiques (6.17) repr´esentent les profils de concentration en Ca et Mg en fonction de la masse initiale de r´eactif, et leur ´evolution pour diff´erentes s´eries de pr´el`evements.

Figure 6.17 – Evolution des profils 1D en concentration en Ca et Mg en fonction de la masse initiale de dolomite, convertible en distance ´equivalente.

lement localis´ee dans la premi`ere cellule du r´eacteur, et `a l’aval de celle-ci une augmentation lin´eaire en fonction de la masse initiale de dolomite. La pente de cette augmentation s’affaisse progressivement jusqu’`a devenir quasi nulle, environ `a t = 25 h. Cette tendance est observable dans le graphique (6.18) qui montre l’´evolution de [Ca] et [Mg] dans les vannes E F et G.

Figure 6.18 – Evolution en fonction du temps de cCa/c0,Caet cMg/c0,Mgdans les vannes

E, F et G (aval du r´eacteur).

Dans les profils suivants, on peut penser qu’un r´egime stationnaire en rep`ere mobile est atteint. Il est caract´eris´e par une concentration de sortie du r´eacteur stable ou en l´eg`ere baisse pendant la premi`ere moiti´e de l’exp´erience, et une vitesse d’avanc´ee du front li´ee `a la concentration de sortie.

De fa¸con similaire au cas de la dissolution de la calcite, la concentration de sortie est inf´erieure `a la concentration `a l’´equilibre. Dans ce cas, la concentration de sortie est ´egale `a 50% de la concentration `a l’´equilibre en supposant que la dolomite utilis´ee est ordonn´ee.

La stoechiom´etrie entre Ca et Mg est conserv´ee.

pure, le syst`eme a ´et´e utilis´e dans la configuration obtenue en fin d’exp´erience en rempla¸cant le fluide d’injection par une solution acidifi´ee par HCl. Le but de cette op´eration est de mettre en ´evidence un ´eventuel ph´enom`ene d’auto-empoisonnement de la surface de la dolomite caus´e par sa propre dissolution.

La concentration en HCl du fluide d’injection est telle que la concentration en Ca et Mg `a l’´equilibre soit ´egale `a ceq calcul´ee pour l’injection de la solution pr´ec´edente. Cette condition

implique un pH d’injection de 1.87. Les principales caract´eristiques du fluide d’injection et ´

equilibr´e alternativement avec la dolomite ordonn´ee et d´esordonn´ee sont r´esum´ees dans le tableau (6.7).

HCl fluide Equilibre avec Equilibre avec

T = 40˚C d’injection dolomite ordonn´ee dolomite d´esordonn´ee ceq=

√

mCa.mMg - 4.94e-03 5.83e-03

(= mC/2)

pH 1.87 6.07 6.48

Table 6.7 – Synth`ese des principales caract´eristiques du fluide `a l’´equilibre avec la dolo- mite (ordonn´ee et d´esordonn´ee) pour un fluide d’injection acidifi´e par HCl (molalit´es en mol/l).

L’injection de HCl a ´et´e pratiqu´ee pendant 25 h, ce qui a permis l’obtention de quatre profils 1D (graphiques 6.19).

Figure 6.19 – Evolution des profils 1D en concentration en Ca et Mg en fonction de la masse initiale de dolomite lors de l’injection d’un fluide acidifi´e par HCl ; la ligne en tirets verte repr´esente la valeur d’´equilibre avec la dolomite d´esordonn´ee

Le fluide d’injection ´etant plus r´eactif, les fronts obtenus sont plus raides que dans le cas d’injection de CO2 aqueux.

La concentration de sortie est sup´erieure `a la concentration attendue. Ce r´esultat exclut, quant `a l’enfoncement des profils obtenus avec le CO2, tout sc´enario impliquant un ph´enom`ene

d’inhibition de la surface du carbonate caus´e par sa propre dissolution, tel que d´ecrit par Eisenlohr [33], ou du moins, une manifestation irreversible d’un tel ph´enom`ene.

sortie soit sup´erieure `a la concentration `a l’´equilibre peut s’expliquer en faisant l’hypoth`ese que la dolomite est partiellement d´esordonn´ee. L’´equilibre avec la dolomite d´esordonn´ee est repr´esent´e sur le graphique par la ligne en tirets verte.

Toutefois, la dolomite utilis´ee, d’apr`es sa provenance, devrait pr´esenter un caract`ere bien ordonn´e. Il est possible que des erreurs de pr´eparation de la solution d’injection expliquent en bonne partie l’´ecart constat´e. En effet, de par la nature de l’acide utilis´e (acide fort) de faibles ´ecarts sur la composition du fluide d’injection se traduisent par de fortes variations de la concentration du fluide `a l’´equilibre avec le min´eral.

De plus, le fait d’exclure un ph´enom`ene d’auto-empoisonnement (ou auto-inhibition, Ei- senlohr [33]) irr´eversible pour un fluide d’injection quelconque ne permet pas d’exclure un ph´enom`ene d’inhibition sp´ecifiquement li´e `a l’attaque par CO2 et ´eventuellement r´eversible.

Ces questions ne seront r´esolues qu’en modifiant le design du r´eacteur afin d’exclure toute possibilit´e de fuite du CO2. C’est l’objet des exp´eriences 12 et 16 pour lesquelles la configuration

a ´et´e choisie de fa¸con `a pr´esenter des points de comparaison.