Gauche : Stockage souterrain du CO2. A droite : Schéma de migration du CO2 dans un échantillon de roche numérisé obtenu à partir d’une simulation d’écoulement biphasique à l’échelle du pore. La simulation a été réalisée sur le superordinateur Frontera. Crédit : Sahar Bakhshian, Université du Texas à Austin.
Un chercheur de l’Université du Texas identifie les facteurs permettant une capture et un stockage sûrs et efficaces du carbone.
La voie vers un climat stabilisé est difficile et controversée. Un certain nombre de solutions seront nécessaires pour permettre une transition rapide et équitable vers l’abandon des combustibles fossiles : parmi elles, le développement de sources d’énergie durables, de matériaux plus écologiques et de méthodes pour éliminer le CO₂ de l’atmosphère.
L’une des méthodes d’élimination que les scientifiques explorent est connue sous le nom de capture et stockage du carbone (CSC). Dans la capture et le stockage du carbone, le CO₂ est capturé à partir de sources industrielles et injecté dans des réservoirs géologiques profonds sous terre, théoriquement pour des milliers d’années, de la même manière que l’eau est stockée dans les aquifères.
Sahar Bakhshian, chercheur au Bureau de géologie économique de l’Université du Texas à Austin, a récemment utilisé les superordinateurs du Texas Advanced Computing Center (TACC) pour comprendre fondamentalement comment le stockage du CO₂ fonctionne au niveau des pores de la roche de l’ordre du micromètre, et pour déterminer les caractéristiques et les facteurs qui peuvent aider à optimiser la quantité de CO₂ pouvant être stockée.
Flux de CO2 à l’intérieur de l’espace poreux d’un échantillon de roche de taille millimétrique, qui est initialement rempli de saumure. Cette simulation de dynamique des fluides à haute résolution démontre la voie de migration du CO2 lorsqu’il est injecté dans des réservoirs salins. Crédit : Sahar Bakhshian, Université du Texas à Austin.
Écrire dans le International Journal of Greenhouse Gas Control en décembre 2021, elle a exploré l’efficacité du piégeage du CO₂ en dissolvant le gaz dans la saumure résidente des aquifères salins.
“Nous avons essayé différents scénarios – en utilisant différents taux d’injection et propriétés des fluides et des roches – pour déterminer comment les propriétés affectent le pourcentage de CO₂ injecté qui peut idéalement être piégé par le mécanisme de dissolution”, a-t-elle expliqué.
Elle a découvert que deux facteurs avaient un impact considérable sur la quantité de CO₂ pouvant être stockée dans les espaces au sein des roches : la mouillabilité (ou la façon dont les molécules de CO₂ adhèrent à la surface de la roche) ; et le taux d’injection (la vitesse à laquelle le CO₂ supercritique est poussé dans le réservoir).
Un cadre d’apprentissage profond guidé par la physique proposé pour la détection d’anomalies dans les données de gaz du sol sur les sites de stockage géologique de CO2. Crédit : Bakhshian, S., & ; Romanak, K. (2021). Environmental Science & ; Technology, 55(22), 15531-15541.
Un autre processus efficace qui assure la sécurité du stockage du CO₂ est le piégeage capillaire, qui se produit lorsque le CO₂ se pince et s’immobilise dans l’espace poreux sous l’effet des forces capillaires. Dans une étude publiée dans Advances in Water Resources en avril 2019, Bakhshian a présenté les résultats de simulations d’écoulement biphasique à l’échelle des pores qui ont utilisé des versions numériques de roches réelles provenant d’un site d’essai de stockage de CO₂ à Cranfield, dans le Mississippi, afin d’explorer comment le CO₂ a migré à travers la structure poreuse de la roche pendant la phase d’injection et comment il peut être piégé sous forme de blobs immobilisés dans l’espace poreux pendant la post-injection.
Le travail de Bakhshian est effectué sous les auspices de la Commission européenne. Gulf Coast Carbon Center (GCCC)qui, depuis 1998, s’efforce de comprendre le potentiel, les risques et les meilleures méthodes de stockage géologique du carbone.
Les superordinateurs sont l’un des principaux outils dont disposent les géoscientifiques pour étudier les processus liés au captage et au stockage du carbone, selon M. Bakhshian. “Les techniques de dynamique des fluides computationnelle sont essentielles dans ce domaine, pour mieux cribler les réservoirs cibles appropriés pour le stockage du CO₂, et prédire le comportement des panaches de CO₂ dans ces réservoirs”, a-t-elle déclaré.
Sahar Bahkshian, associée de recherche au Bureau de géologie économique, École de géosciences Jackson, Crédit : Université du Texas à Austin.
La compréhension de la dynamique de la capacité de stockage au niveau du pore par le biais de simulations informatiques à haute performance permet de comprendre comment la capture et le stockage du carbone pourraient être réalisés à grande échelle.
“Notre recherche consiste essentiellement à essayer de caractériser les milieux géologiques adaptés au stockage et à explorer la manière dont nous injectons le CO₂ pour nous assurer qu’il est sûr, efficace et qu’il ne représente aucune menace pour les personnes ou les ressources en eau souterraine”, a déclaré le Dr.Bakhshian.
Un autre aspect de la recherche de Bakhshian consiste à utiliser des techniques d’apprentissage automatique pour développer des modèles rapides sur le plan informatique qui peuvent estimer la capacité de stockage des réservoirs et aider à la surveillance environnementale du CO₂.
Écriture en Sciences et technologies de l’environnement en octobre 2021, Bakhshian a proposé un cadre d’apprentissage profond pour détecter les anomalies dans les données de capteurs de concentration de gaz du sol. Le modèle a été entraîné sur des données acquises à partir de capteurs utilisés pour la caractérisation environnementale d’un site potentiel de stockage de CO₂ dans le Queensland, en Australie.
La méthode de Bakhshian, qui intègre des processus basés sur la respiration naturelle du sol dans un cadre d’apprentissage profond, a permis de détecter des anomalies dans les données du capteur qui, dans de futures applications, pourraient représenter soit des erreurs de capteur, soit des fuites.
“Disposer d’un cadre de détection d’anomalies en temps réel fiable, entraîné à l’aide des données de capteur en continu et guidé par une méthodologie basée sur les processus, pourrait contribuer à faciliter la surveillance environnementale dans les projets futurs”, a déclaré Bakhshian.
Selon le Global CCS Institute, les États-Unis sont l’un des pays qui présentent le plus grand potentiel de stockage géologique du CO₂. Bien que certains écologistes soutiennent que le CSC n’est qu’un moyen pour les entreprises énergétiques de continuer à extraire des combustibles fossiles, d’autres, notamment le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climatconsidèrent le CSC comme l’un des moyens permettant à la communauté internationale de parvenir à des émissions nettes nulles d’ici le milieu du siècle.
“C’est une méthode sûre et efficace”, a déclaré M. Bakhshian. “Et l’informatique nous aidera à trouver des moyens économiques d’atteindre cet objectif.”
Référence : “Dynamique du piégeage par dissolution dans le stockage géologique du carbone” par SaharBakhshian, 16 novembre 2021, Journal international de la maîtrise des gaz à effet de serre.
DOI: 10.1016/j.ijggc.2021.103520
