Les expériences de stockage de CO en cours : bilan Alain ...€¦ · Capture, Transport et...
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Paris – 19 Mai 2009
Les expériences de stockagede CO2 en cours : bilan
Alain Bonneville
Conférence-débat « LA SÉQUESTRATION DU CO2 »
Académie des Sciences, Paris
19 mai 2009
Paris – 19 Mai 2009
Le contexte général
Réduction des émissions de gaz à effet de serrepour lutter contre le réchauffement climatique.
Engagements internationaux:-Protocole de Kyoto;-Union Europénne
et nationaux :- France (2004), Etats-Unis (2004),etc.
Paris – 19 Mai 2009
Le défi des 2 degrés celsius
Limiter le réchauffementclimatique à deux degrésC. au dessus des niveaux pré-industrielstel est le défi relevé par le Conseil, le Parlement et la Commission Européenne.
Paris – 19 Mai 2009
Conseil Européen du 20 février 2007 :
-20% de réduction des émissions de GES en 2020 (par rapport à
1990)
avec d'ici 2020 un gain de 20% d'efficacité énergétique et 20% de
l'énergie d'origine renouvelable
dès 2020, toute nouvelle centrale charbon devra être équipée d'un
dispositif de capture de CO2 :
ZEP : Zero Emission fossil fuel power plant Platform
vers zéro émission de CO2.
12 pilotes de taille pré-industrielle en Europe d'ici 2015 (9 milliards
d’Euros de financement par la CE).
Pour atteindre cet objectif…
Paris – 19 Mai 2009
Capture, Transport et Stockage de CO2
Agir sur les sources concentrées de CO2 principalementles centrales thermiques pour capturer le CO2 puis letransporter et l’enfouir dans le sous-sol pour qu’il y resteplusieurs milliers d’années si possible.
CSC ou CCS pour Carbon Capture and Storage.
Paris – 19 Mai 2009
Qu‟est-ce une source de CO2adaptée au stockage géologique?
Important point d’émission permanent.
Haute concentration en CO2 des fumées produites
A distance raisonnable d’un site de stockage souterrain potentiel
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Sources permanentes émettant plus de 0.1 MtCO2/an
Plus de la moitié des émissions mondiales…
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Les états du CO2
(31°C)
Pour P> Pc et T>Tc, le CO2 est à l’état supercritique.
73.8
Domaine
super-critique
solide
liquide
gazpoint
triple
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Que devient le CO2 une fois injecté?
CO2 gazeux
CO2 gazeux,
liquide ou
supercritique
CO2 supercritique
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Stockage géologique du CO2
1) Type de piégeage
2) Grands types de réservoir
3) Les sites existants
4) Deux exemples: Sleipner
et Ketzin
5) Bilans
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Paris – 19 Mai 2009
1000 - 10 000 Gt
600-920 Gt5 - 200 Gt
Formations géologiques concernées
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Mais pas seulement…
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les roches basiques
(séquestration minérale)
Formations géologiques concernées
Niveau plus perméable
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Avantages / inconvénients
Gisements d'hydrocarbures (huile / gaz)
Structures piégeantes
Etanches (aux gaz non réactifs)
Objets bien connus
Intérêt économique via RAH
Veines de charbons (non exploitées)
Volumes poreux et perméabilité faibles
Récupération de méthane possible
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Avantages / inconvénients
Aquifères salins
Grande capacité de stockage
Eau non potable
Généralement peu connus
Roches basiques
Volumes poreux et
perméabilité faibles
Stockage minéral
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Injection et stockage de CO2
Nagaoka
Hokkaido
Qinshui Basin
Snohvit
Sleipner
In Salah
Veine de charbon
Projet RAH
Champ de gaz
Aquifères salins
Sibilla
RECOPOL
CO2 SINKK-12B
Cerro Fortunoso
Frio
West Pearl Queen
Mountaineer
Weyburn
Penn WestAlberta ECBM
Teapot DomeRangely
Burlington
+ 4 projets RAH-CO2
au Canada
+ 70 projets RAH-CO2
aux Etats-Unis.
Champ de pétrole
Otway Basin
Zama
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“Vrais” sites de stockage de CO2
Nagaoka
SnohvitSleipner
In Salah
CO2 SINKK-12B
Frio
Weyburn
Otway
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2009: stockages existants
Projet Pays Début
injection
Injection
(tCO2/jour)
Stockage
prévu (tCO2)
Type de
Réservoir
Weyburn Canada 2000 3 000 – 5 000 20 000 000 RAH
In Salah Algérie 2004 3 000 – 4 000 17 000 000 champ gaz
Sleipner Norvège 1996 3 000 20 000 000 aquifère salin
Ketzin Allemagne 2008 100 60 000 aquifère salin
Otway Australie 2008 160 100 000 aquifère salin
K12B Hollande 2004 100 8 000 000 RAH
Nagaoka Japon 2003-05 30-40 10000 aquifère salin
Snohvit Norvège 2008 2000 ? aquifère salin
Frio Etats-Unis 2004 177 1 600 aquifère salin
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Deux exemples
Sleipner
CO2 SINK
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Un exemple de stockage de CO2
dans un aquifère, champ de Sleipner, Norvège
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• Le gaz naturel du gisement de Sleipner contient 9%
de CO2 dans le réservoir……les spécifications pour la
vente du gaz autorisent un maximum de 2,5%
• La décision de réinjecter le CO2 a été prise en 1991,
suite à l'introduction en Norvège d'une taxe sur les
émissions de CO2 de 50 €/tonne CO2 émise
• L'injection a débuté en septembre 1996 (1 Mt / an)
Stockage à Sleipner : pourquoi ?
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Sleipner A
Sleipner T
CO2Aquifère d'Utsira
Sleipner Ouest
Formation de Heimdal : gisement de gaz
Injection de CO2 - puits A16
Sleipner OuestPuits de production et d'injection
Stockage de CO2 dans l'aquifère d'Utsira
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La capacité de stockage
représente plus de 1000 fois
les émissions annuelles de
CO2 en Europe
Un réservoir au potentiel énorme
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Répartition du CO2 après 3 ans. 800m de rayon pour la plus grosse
bulle et 200 m de haut pour le panache total. Ref: SINTEF Petroleum 2001
Après 3 ans d‟injection…
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Simulation de la dissolution du CO2 dans l‟eau
Year 2021 Year 2412
Year 2621 Year 5019 Year 7018
Source: Gemini No. 1, 2004 (NTNU and Sintef)
Et sur le long terme...
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Le suivi sismique 4D a montré son efficacité même s’il reste
à améliorer sur le plan de l’interprétation quantitative;
Les outils numériques de simulation de réservoir ont été
testés et améliorés;
La connaissance géologique de la formation d’Utsira a été
améliorée.
Bonnes raisons de penser que le CO2 va rester là des
milliers d’années.
Bilan après 13 ans d‟injection...
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KETZIN
0 25 50 km
BerlinKetzin
Potsdam
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Puits
Puits d„injection
Puits d„observation
Etablir un laboratoire grandeur nature d‘étude du stockage de CO2 à terre pour :
améliorer les procédés d‘injection et de stockage du CO2
mieux comprendre le devenir du CO2 en profondeur
développer des outils de surveillance
développer un guide de bonne pratique du stockage géologique du CO2
Injection de CO2 dans un aquifère salin à Ketzin
NPuits d„injection
de CO2
Top Cap Rock
0 s
0.5 s
1.0 s
Site d‘Injection
Seismic 3D Survey
Budget: > 21.0000.000 € (CE 8.700.000 €) Calendrier : 2004 – 2010
CO2Sink - Objectifs
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Ancien stockage de gaz naturel
Dans les années 60, installation d’une unité de stockage de gaz importé de Sibérie
Modernisation complète dans les années 1990.
Fermeture en 2004.
Le gaz était stocké dans des grès à faibleprofondeur (250 – 400 mètres)
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GeoForschungsZentrum Potsdam (D)
G.E.O.S. Freiberg Ingenieurgesellschaft (D)
Geological Survey of Denmark and Greenland (DK)
Mineral and Energy Economy Research Institute (PL)
Det Norske Veritas (N)
Statoil (N)
Shell International Exploration and Production (NL)
University of Stuttgart (D)
Vibrometric Finland (SF)
University of Kent (GB)
Uppsala University (S)
RWE Power AG (D)
International Energy Agency – Greenhouse Gas Programme (GB)
Vattenfall Europe Generation (D)
Verbundnetz Gas AG (D)
Siemens AG Power Generation (D)
E.ON Energie AG (D)
Schlumberger Carbon Services (Fr)
CO2SINK est un projet européen intégré
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ancien réservoir de stockage
de gaz
(prof. 250 – 400 m)
Stockage de CO2(prof ~700 m)
Couverture
argileuse
Surface
Coupe géologique
Förster et al. 2006
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Géologie / Surveillance
Forage et diagraphies
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Que veut-on surveiller? Pourquoi?
La migration du CO2 (chemins préférentiels d’écoulement, etc.);
Le comportement du CO2 (hydrodynamique, solubilité, séquestration minérale, réactions microbiologiques) ;
Les méthodes d’injection (pression);
L’intégrité de la couverture;
L’intégrité du réservoir (fracturation notamment).
Gestion du réservoir
Evaluation du risque (modèle numérique de réservoir, sûretéà court et long terme).
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Bilan à ce jour
Démarrage projet : avril 2004
Obtention des autorisations de stocker le CO2 (loi fédérale allemande et de l’état de Brandenburg).
Réalisation de 3 puits avec outils de surveillance intégrés (DTS, ERT)
Etat zéro réalisé
Arrivée du CO2 au 1er puitsd’observation au moment prévu par les modèles.
Premiers résultats de surveillance en cours d’interprétation
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Quelle premières conclusions tirer?
Des millions de tonnes de CO2 ont déjà été injectées sans problèmes majeurs sur plus de 9 sites.
Les outils de modélisation et surveillance ont été testés et améliorés.
La maitrise technique semble donc acquise mais il reste des questions fondamentales :
- prédiction du devenir du CO2 stocké sur des milliers d’années après l’injection;
- modélisation de l’injection de grands volumes de gaz dans des réservoirs géologiques;
- contrôle et gestion des processus d’injection au niveau du forage et du réservoir;
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Conclusions (2)
- choix des outils adaptés pour la surveillance long terme du site;
- rôle de la biosphère profonde;
- diversification des formations géologiquesréservoirs.
Il est indispensable de disposer sur les 5 à 10 ans à venir de sites tests largement ouverts à la communauté scientifique avant de passer à une échelle plus industrielle.
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Développement de la filière CSC
Temps
Part de
marché
R&D
Passage à
l’échelle
industrielle
Commercialisation
Démon-
stration
2015-2030
2010-2020
2025-2040
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Projets capture + stockage actifs
Projets suspendus
Projets stockage actifs
Et pour les 5 ans à venir….
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Sources documentaires
- BRGM www.brgm.fr
- CO2GEONET www.co2geonet.com
- CO2SINK www.co2sink.org
- EC ec.europa.eu
- IEEP www.ieep.eu
- IFP www.ifp.fr
- IPCC www.ipcc.ch
- IPGP www.ipgp.fr
- STATOIL www.statoil.com
Merci…