Prélèvements d’eau dans la formation

Un système modulable multi-niveaux Westbay (Black et al., 1986) commercialisé par Schlumberger Water Services a été installé dans le puits MC2 en juillet 2010. La complétion consiste en un tubage muni de packers (obturateurs) permettant d’isoler hydrauliquement les différentes zones d’étude choisies où sont placés les ports de mesure (pour réaliser des mesures in situ, un monitoring permanent ou encore d’échantillonner du fluide) et/ou les ports de pompage. La figure 4.10 présente le système global, avec les différents éléments que comporte la complétion. La procédure de prélèvement d’eau de la formation consiste à descendre une bouteille de prélèvement en inox munie de deux vannes (une à chaque extrémité de la bouteille), préalablement rincée, au niveau de la zone voulue. Pour se faire, la bouteille est raccordée à une navette de prélèvement qui est descendue dans le tubage à l’aide d’un treuil et contrôlée en surface grâce à un boîtier de suivi (figure 4.10). La vanne du bout de la bouteille est fermée et celle du haut, à l’endroit du raccordement avec la navette est ouverte. Le vide est réalisé dans la bouteille en surface, une fois qu’elle est suspendue à la navette, et le système navette + bouteille est descendu jusqu’à la profondeur voulue, repérée grâce à des anneaux magnétiques signalant la zone. La navette comporte un capteur de pression permettant de suivre les différentes pressions dans la partie de tubage isolée et dans la formation, et de s’assurer donc du bon fonctionnement de l’opération. Une fois l’échantillon prélevé, les vannes d’échantillonnages du port et de la navette sont fermées et le système est ramené en surface. La bouteille peut alors être enlevée de la navette, en ayant pris soin avant de fermer la vanne du haut, afin de garder la bouteille à la pression de la formation.

Figure 4.10. Présentation du système multi-niveaux Westbay permettant de réaliser des mesures in

situ, des tests de pompage et des prélèvements de fluide au niveau des zones d’étude dans le puits instrumenté (adapté de Schlumberger Water Services).

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Figure 4.11. Echantillonnage de fluide avec le système Westbay (adapté de Schlumberger Water

Services)

Outre un échantillonnage plus fiable et notamment toujours à la même profondeur exacte, le système permet un échantillonnage de l’eau de la formation dans une bouteille de prélèvement munie de deux vannes aux deux extrémités permettant de conserver une fois remontée à la surface les conditions in situ (notamment la pression, le pH ou les concentrations en gaz dissous par exemple). Il est alors possible de connecter la bouteille à l’aide du filetage servant pour le raccord à la navette d’échantillonnage, à un dispositif de mesure (figure 4.12) permettant l’acquisition de certains paramètres, précédemment mentionnés, avant que l’eau n’ait été en contact avec l’atmosphère. Un système constitué de trois supports à sondes fixés sur une plaque pouvant être raccordé à la bouteille de prélèvement a donc été construit. Il a été décidé de mesurer le pH, l’oxygène dissous et la conductivité. Le schéma du dispositif est présenté sur la figure 4.12.

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Figure 4.12. Schéma du dispositif de mesure du pH, oxygène dissous (O2) et conductivité (EC)

directement en sortie de la bouteille de prélèvement.

Le pH est mesuré à l’aide de l’électrode InPro 4800i/SG/120, l’oxygène dissous par la sonde InPro 6850i/12/12 et la conductivité par la sonde InPro 71001/12/120, commercialisées par Mettler Toledo. Les valeurs sont suivies par affichage numérique grâce à deux transmetteurs doubles voies M300 (toujours Mettler Toledo) qui peuvent être raccordés à un boîtier d’acquisition AMR afin de suivre et enregistrer les données sur un ordinateur grâce au logiciel Data Control.

Le déploiement sur le terrain du système « bouteille-électrodes-acquisition » est visible sur la figure 4.13.

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Figure 4.13. Photographie du dispositif de mesure de pH, conductivité et oxygène dissous in situ.

Le reste de l’eau de la bouteille qui n’est pas passée dans le circuit sert pour les analyses d’éléments majeurs. L’eau est placée dans des tubes à essai et acidifiée à l’acide chlorhydrique HCl à 5% (200 μL d’acide pour 2 mL d’échantillon). Les tubes sont ensuite conservés au frais. Le carbone organique total, TOC, a également été analysé. Cela nécessite un conditionnement particulier : les flacons de prélèvements en verre sont prélablement décontaminés (bains d’acide nitrique HNO3 à 20% et bains d’eau déionisée) puis ensuite grillés à 500 °C pour éliminer toute la matière organique. De l’acide phosphorique H3PO4 à 85% est ajouté aux flacons (100 μL d’acide pour 60 mL d’échantillon) pour stabiliser l’échantillon. L’eau doit être versée le plus rapidement possible après ouverture de la bouteille jusqu’à remplir à ras bord le flacon, qui est immédiatement refermé et conservé également au frais.

Les prélèvements ont été réalisés avec des bouteilles de 1 L (il existe également des bouteilles de 500 mL). Une quantité d’eau importante était nécessaire à des analyses microbiologiques réalisées en parallèle (rinçage des unités de filtrations et filtration de 6 fois 300 mL pour la réalisation de 6 filtres microbiologiques pour chaque profondeur analysée). Il a donc été nécessaire de descendre et remonter 5 bouteilles par niveaux :

Bouteille 1 : rinçage de la bouteille de prélèvement et du dispositif de mesure du pH, de la

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Bouteille 2 : mesures des paramètres in situ (pH, O2 dissous, EC) et eau conditionnée pour les analyses de la composition chimique de l’eau.

Bouteille 3 : eau conditionnée pour les analyses du TOC et rinçage des éléments pour la

microbiologie.

Bouteille 4 et 5 : réalisation des 6 filtres microbiologiques qui sont ensuite immédiatement

plongés dans une bombonne d’azote liquide jusqu’au retour de la mission.

L’eau restante est conservée dans des tubes et bouteilles en cas de nécessité de dupliquer certaines mesures. Pour 2 profondeurs, la composition chimique de l’eau après filtration (bouteilles 4 ou 5) a également été analysée et diffère très peu de la composition des eaux prélevées sur la même bouteille que pour la réalisation des mesures de pH, conductivité et oxygène dissous (bouteille 2). Un seul rinçage (bouteille 1) est donc suffisant. Les prélèvements ont été réalisés des eaux les moins salines aux eaux les plus salines (c’est-à-dire, depuis le haut du puits).

De retour de mission, les analyses des cations Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ et des anions Cl^- ont été réalisées au CIRAD de Montpellier par ICP-AES et électrophorèse respectivement et les sulfates ont été analysés au laboratoire Hydrosciences Montpellier par chromatographie ionique (comme pour les analyses des prélèvements d’eau de 2008). Le TOC a également été analysé au laboratoire Hydrosciences Montpellier, en utilisant un analyseur de carbone SHIMADZU (méthode thermique).

L’étude microbiologique est plus longue et nécessite plusieurs mois de travail post-mission. Elle est actuellement toujours en cours au sein du laboratoire Hydrosciences Montpellier (coll. M. Héry).