O RIGINES DU CH 4 LIBERE

Les résultats obtenus avec deux protocoles différents ont mis en évidence la libération d’une certaine quantité de méthane depuis le charbon sous une pression hydrostatique de plus de 3 MPa. Bien que l’hypothèse de départ ne suppose que la solubilisation du méthane désorbé, plusieurs sources de méthane doivent être considérées. Le méthane est contenu dans :

 l’espace inter granulaire, dans le cas d’un piégeage de méthane gazeux lors de la mise en eau ;

 la macroporosité des grains, pénétrée au moins en partie par l’eau sous pression.  la microporosité et les sites de sorption ; les moins accessibles, et pas

nécessairement en totalité.

 Expérience A

La solubilisation d’une phase gazeuse libre significative a été suggérée notamment comme explication aux résultats des premiers suivis de concentration en méthane dissous, avant que l’étape de balayage à l’hélium ne soit ajoutée au protocole. Les teneurs observées à l’équilibre dans ce cas, quasiment identiques à la solubilité théorique, suggéraient un équilibre thermodynamique entre deux phases. Outre une éventuelle bulle non évacuée lors de la mise en eau, l’espace inter-granulaire peut être une source non négligeable de méthane gazeux. En remontant dans la cellule et au travers du charbon broyé, l’eau peut créer des ponts entre les grains susceptibles de capturer une phase gazeuse dont le volume ne peut être prédit et peut avoir des conséquences significatives sur la teneur observée en méthane dissous. Avec la mise en pression initiale, cette fraction inter granulaire de méthane est la première à être solubilisée, et peut expliquer pourquoi la proportion de méthane solubilisée représente jusqu’à plus de 1,6 fois la quantité de méthane adsorbé sur le charbon lors de l’expérience A (4.3.1). D’autre part, pour cette expérience, la teneur en méthane aqueux se stabilise presque en même temps que la pression hydrostatique (Figure 30), fait qui souligne que la plus importante phase de solubilisation s’arrête avec la dilatation du volume d’eau dans la cellule. La fraction proprement désorbée depuis le charbon apparaît alors minime.

 Expériences B et C

Les résultats des expériences B et C avec balayage à l’hélium révèlent un comportement différent : les teneurs sont bien inférieures à celle de la solubilité théorique (Figure 43). Par ailleurs, il y a superposition de deux cinétiques (Figures 31 et 32) : la première, plus rapide, typique de la mobilisation du méthane gazeux des pores (pénétration de l’eau dans les pores), suivi d’une cinétique plus lente révélatrice d’une désorption de méthane.

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La porosité des grains contient, à la fin de la phase de saturation en méthane, du gaz libre et du méthane adsorbé. La pénétration de l’eau dans les pores entraîne une compression du gaz libre et une probable dissolution. Dans un deuxième temps, une partie du méthane adsorbé à la surface des pores remplis par l’eau et dans la microporosité passe en phase aqueuse (Figure 44).

Figure 44 : Dissolution du méthane gazeux des pores par pénétration de l’eau et libération du méthane

initialement adsorbé.

Supposant que les volumes de gaz substitués par l’eau (Tableau 8) ne sont composés que de méthane et ont été intégralement dissous, la quantité de méthane dissous correspondante npores,aq est estimable pour les deux expériences, via l’équation d’état des

gaz (Éq. 2.4.2) et en prenant en compte les conditions de P et T à la fin de la phase de saturation en méthane. Cette quantité, rapportée à la quantité de méthane dissous à chaque équilibre néq,aq, donne une estimation de l’importance de la participation des pores en

termes d’apport en méthane dissous (Tableau 9). Au regard de ces calculs, nous constatons que l’apport en méthane des macropores constitue une petite fraction du méthane dissous, tout au plus 10% pour l’expérience B et 19% pour l’expérience C.

- 107 - Tableau 9 : Contribution maximale en méthane dissous des pores remplis par l’eau par équilibre de pression,

pour les expériences B et C.

Expérience Péq (MPa) ΔV (10-3 L) npores,aq (mmol) Vlibre (L) [CH4(aq)]éq (mmol.L-1) néq,aq (mmol) npores,aq/néq,aq (%) B 3,2 0,040 0,05 0,109 9 0,98 5 3,6 0,046 0,06 10,3 1,12 10 C 3,9 0,063 0,08 0,110 7,8 0,86 9 4,2 0,037 0,05 8,7 0,96 14 4,3 0,034 0,05 8,7 0,96 19

Les différents réservoirs possibles de méthane au sein de la cellule ont un rôle différent suivant le protocole suivi. L’analyse des résultats du suivi A révèle l’importance du balayage à l’hélium comme étape intermédiaire entre la saturation en méthane et l’ennoyage. Sans celui-ci, la phase gazeuse restante après mise en eau, qu’elle soit entre les grains de charbon ou sous la forme de petites bulles comprimées au sommet de la cellule, constitue un apport considérable en méthane dans la phase aqueuse. À tel point que distinguer la phase désorbée depuis la porosité et les sites de sorption est impossible sans balayage à l’hélium.

Dans le cas des expériences reprenant le protocole final, l’analyse des résultats après mise en pression a permis de séparer les contributions du gaz des pores et du méthane adsorbé. Elle démontre en particulier la prépondérance de la contribution du méthane désorbé des sites sur celle de la fraction solubilisée dans l’espace poral. L’émission depuis les sites de sorption représente, aux équilibres de pression atteints, au moins 90% du méthane dissous pour l’expérience B, 81% pour l’expérience C.

À l’équilibre, la quantité de méthane entrée en solution représente près de 32% du méthane adsorbé dans les pores du charbon avant la mise en eau lors de l’expérience B, contre environ 15% pour l’expérience C. Bien que les changements de concentration d’un palier à l’autre, pour un même suivi, restent faibles, ils démontrent que l’augmentation de la pression d’eau a bien pour effet de solliciter davantage de méthane dans les pores du charbon.

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