Soutenance de thèse de Mahdi MANSOURI-BOROUJENI

Le stockage du CO2 (CS) dans les réservoirs géologiques est envisagé pour réduire le CO2 atmosphérique. Le CO2 est capté, purifié, transporté et injecté dans des réservoirs géologiques profonds recouverts d'une roche couverture imperméable. Obtenir un stockage sûr et permanent du CO2 dépend principalement de notre compréhension des mécanismes physiques et chimiques induits par le CS. La répartition du CO2 dans le réservoir va dépendre des propriétés du fluide, de la roche et de l'écoulement. Le lien entre les mécanismes d'invasion des pores et le comportement global du front d’écoulement du CO2 n'est pas clair. De plus, le CO2 injecté réagit avec la saumure et perturbe l'équilibre thermodynamique en place. Des processus de dissolution et de précipitation minérale induits par le CS entrainent une altération des propriétés pétrophysiques du milieu. Jusqu'à présent, les conséquences des mécanismes de transport réactif à l’échelle porale sur le piégeage du CO2 sont mal comprises. Les deux principaux objectifs de cette thèse sont (i) d'élucider les mécanismes d'invasion des pores pour différents régimes d'écoulement, (ii) d'étudier la cinétique de dissolution de la calcite, l'évolution de la surface réactive et analyser l'altération des propriétés pétrophysiques en présence d’impuretés comme le SO2 dans CO2 injecté. Nous utilisons des micromodèles, des modèles transparents d'un réseau de pores à l’échelle micrométrique. Le dispositif expérimental comprend un microscope couplé à une caméra haute résolution pour visualiser les processus d'écoulement et de réaction à l'échelle des pores. Nous avons développé un modèle théorique qui nous permet de prédire les processus d’invasion diphasiques. Nous avons mené des expériences de drainage (un fluide non mouillant déplaçant un fluide mouillant) pour différents débits, paires de fluides et conditions de mouillabilité. Nous avons identifié les régimes d'écoulement classiques diphasiques et capturé les mécanismes fondamentaux d'invasion des pores. Le régime d'écoulement visqueux, quand les forces visqueuses dominent, est caractérisé par une invasion des pores simultanée avec un déplacement continu de l'interface. Quand les forces capillaires dominent (régime capillaire), la pression capillaire d’entrée définit la condition d'invasion. Dans ces conditions, les sauts de Haines (un mouvement d'interface rapide au niveau d’une constriction) sont le principal mécanisme d'invasion. Un régime d'écoulement intermédiaire est caractérisé par une invasion pore par pore et un front montrant un comportement mixte entre le régime capillaire et visqueux. Les résultats de notre modèle concordent avec les résultats des expériences. De plus, nous avons exploré numériquement une large gamme de conditions d’écoulement afin de prédire les transitions de régime d'écoulement. En régime capillaire, lorsque l’interface est bloquée à une constriction nous observons un écoulement continu du fluide mouillant via les films de coins. Nous avons montré que la dynamique des films de coin joue un rôle important pour atteindre le seuil de pression d'invasion du pore sur le temps d'attente au seuil du pore. Par des développements théoriques, nous sommes en mesure de prédire le temps d'attente et la vitesse d'écoulement des films de coins. Enfin, de nouveaux micromodèles silicium/verre où des minéraux de calcite sont précipités à la surface des parois est proposée pour étudier le transport réactif. Les principaux mécanismes géochimiques sont simulés avec PHREEQC (un logiciel de modélisation géochimique). Cette thèse a mis en évidence la relation entre les mécanismes à l'échelle des pores et la dynamique du front d’écoulement. De plus, le nouveau dispositif expérimental présenté ouvre la voie à une étude précise des paramètres cinétiques et de la nucléation des minéraux. Les résultats obtenus au cours de cette thèse seront utiles pour optimiser le processus de CS dans les réservoirs géologiques.