Systèmes étudiés

Les systèmes expérimentaux choisis pour l’étude sont de trois types : 1) systèmes monophasiques gaz, 2) systèmes diphasiques eau + sel - gaz, 3) systèmes multiphasiques roche – eau + sel – gaz. Ces derniers contiennent initialement la phase solide sous forme de poudre ou d’échantillon monolithique.

IV.1.1. Les gaz étudiés

Cinq compositions de gaz ont été retenues pour tester l’effet des gaz annexes sur la tenue d’un site de stockage : quatre gaz purs (N2, CO2, NO et SO2) et un mélange de gaz fourni par Air Liquide composé de 82 ± 0,18 mole % CO2, 4 ± 0,2 mole % SO2, 4 ± 0,2 mole % O2, 4 ± 0,2 mole % N2 and 6 ± 0,12 mole % Ar. L’azote sert de témoin considérant qu'il est chimiquement inerte et permet ainsi de distinguer la réactivité propre à chacun des gaz. Les autres gaz purs servent à analyser la réactivité des gaz annexes comparée à celle du CO2 afin de mieux distinguer leur rôle respectif lors de l’injection d'un mélange. Le dioxyde de soufre et le monoxyde d’azote ont été choisis pour représenter ces gaz annexes car ils correspondent respectivement aux principales espèces SOx et NOx présentes en sortie de cheminée lors de combustion de charbon ou de pétrole sans traitement préalable. Le mélange de gaz quant-à lui est censé représenter un cas réel de mélange non désulfurisé riche en O₂. L'oxyde d'azote NO, pour des problèmes techniques et de sécurité, n'a pas été incorporé dans ce mélange fourni par Air Liquide.

IV.1.2. La phase aqueuse

Aucune donnée sur l’eau de la formation n’est disponible, car le champ de Rousse n’a produit aucune phase liquide aqueuse durant les années d’exploitation du gaz par TOTAL. Cependant des données existent sur le champ de Meillon quelques kilomètres à l’ouest de Rousse, révélant une charge en NaCl de 25 g/l. Cette salinité a été choisie pour

l’expérimentation. L’eau n’est pas préalablement équilibrée avec la roche. Les expériences témoin à l’azote permettront de juger de la réactivité uniquement due au rééquilibrage de l’eau et de la roche.

IV.1.3. Les échantillons solides IV.1.3.a.Choix des échantillons

Quatre types d’échantillons solides ont été utilisés lors de l’expérimentation afin d’être représentatifs de la minéralogie du site de Rousse : des fragments de roche réservoir et roche couverture ainsi que deux échantillons "synthétiques" représentatifs du réservoir et de la couverture de Rousse. Dans chaque système étudié, un morceau de quartz contenant des inclusions fluides décrépitées est ajouté afin de piéger les fluides expérimentaux.

IV.1.3.b.Choix des roches

Les niveaux choisis pour l’expérimentation sont présentés dans le chapitre III. Ils correspondent au niveau 4500,93 m et 4580 m du forage Rousse 1 pour la couverture et le réservoir respectivement. La roche de transition entre la zone réservoir et la couverture n’a pas été retenue car elle est formée par un mélange très hétérogène d’intraclastes de composition proche du réservoir et de la couverture.

IV.1.3.b.i. Echantillons synthétiques : choix des minéraux

Afin de comprendre plus aisément les éventuels mécanismes de réaction de chacune des roches en présence des gaz, des échantillons synthétiques ont été utilisés. Ils ont été crées en se basant sur la minéralogie initiale de chaque type de roche naturelle formant le site de stockage, en prenant soin de garder uniquement les deux phases minérales semblant être les plus représentatives d’un point de vue réactivité de la roche : dolomite et pyrite pour le réservoir (respectivement 99 / 1 en rapport molaire), calcite et muscovite pour la couverture (respectivement 96 / 4 en rapport molaire) afin d’analyser de façon plus simplifiée les principaux mécanismes de réactivité des roches. Les minéraux choisis sont une calcite de Chine, une muscovite d’Ukraine, une pyrite du Mexique. La dolomite utilisée correspond à la dolomite de fracture issue du réservoir de Rousse après séparation du faciès de matrice.

La muscovite analysée par MET montre une composition homogène (Tableau 2). Le calcul de sa formule structurale moyenne par la méthode de Harvey (Harvey, 1943) basée sur 11 oxygènes et Fe³⁺ donne (Si₃Al)^IV(Al_1.85Fe_0.15)^VIK_0.95Na_0.05O₁₀(OH)₂. Le calcium initial n’est pas présent dans la formule car il est à l’état de traces au sein de l’espace interfoliaire du minéral. Le sodium est de même présent dans l’espace interfoliaire et vient combler la légère lacune en potassium. L’aluminium octaédrique est partiellement substitué par du fer qui reste néanmoins très minoritaire. Sa composition reste très proche de la composition de la muscovite théorique (Si₃Al)^IV(Al₂)^VIKO₁₀(OH)₂.

Sample Analyse Si Al Fe Mg K Na Ca O 1 17.78 16.99 1.2 0 5.67 0.06 0.1 58.2 2 17.76 17.1 1.1 0 5.62 0.31 0.02 58.1 3 17.83 16.99 1.07 0 5.59 0.21 0.02 58.3 4 17.77 17.12 1.16 0 5.46 0.35 0.05 58.1 5 17.75 16.86 1.09 0 5.56 0.41 0.02 58.31 6 17.78 16.66 1.17 0 5.69 0.25 0.03 58.42 7 17.76 16.66 1.14 0 5.86 0.1 0.1 58.39 8 17.85 16.92 1.03 0 5.45 0.16 0.15 58.44 9 17.83 17.06 1.01 0.01 5.4 0.39 0.03 58.27 10 17.9 16.92 1.06 0 5.75 0.15 0.1 58.11 Mean 17.80 16.93 1.10 0.00 5.61 0.24 0.06 58.26 Median 17.78 16.96 1.10 0.00 5.61 0.23 0.04 58.29 std dev. 0.05 0.16 0.06 0.00 0.14 0.12 0.05 0.13 Muscovite départ

Tableau 2 : analyses MET réalisées sur la muscovite d’Ukraine utilisée dans le mélange synthétique calcite + muscovite. La composition est homogène. Les valeurs sont exprimées en mole %.

IV.1.3.b.ii.Confection des échantillons solides

Les échantillons solides sont conditionnés sous différentes formes : Les roches naturelles sont taillées en monolithes millimétriques en formes de baguettes et les échantillons synthétiques sont broyés.

Les roches naturelles sont taillées sous forme de baguettes de 1 cm x 2 mm. La roche réservoir présentant deux faciès (matrice et fracture), les baguettes sont taillées de façon à ce que ces faciès coexistent (Figure 28).

Roche réservoir Roche couverture

Figure 28 : fragments de roche réservoir et couverture de Rousse utilisés pour l’expérimentation

Après découpe, les échantillons sont polis sur une face afin de mieux repérer l’altération de la roche. Ils sont ensuite lavés à l’éthanol et aux ultrasons pendant 30 minutes.

Les roches synthétiques sont réalisées comme suit : les minéraux purs sont broyés puis tamisés afin d'utiliser la fraction granulométrique 5-50 µm. Ils sont pesés sur une balance Mettler AT201 (0-200g) et mélangés en respectant les proportions reportées ci-dessus.