Modélisation probabiliste de l'endommagement des roches : application au stockage géologique du CO2

par Nicolas Guy

Thèse de doctorat en Mécanique. Génie mécanique. Génie civil

Sous la direction de François Hild.


  • Résumé

    Le stockage de CO2 dans les formations géologiques profondes est considéré comme un moyen envisageable de réduire les émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. L'état des roches constituant le réservoir est un paramètre clé dont dépendent aussi bien la sûreté que l'efficacité du stockage. L'objectif de cette thèse est de caractériser les risques générés par une modification possible des propriétés mécaniques et de transfert des matériaux du sous-sol suite à une injection de CO2. Des simulations à grande échelle visant à représenter le processus d'injection de CO2 à l'état supercritique dans un réservoir souterrain ont été réalisées. Une analyse des champs de contraintes obtenus met en évidence la possibilité de rencontrer pour d'importants débits d'injection divers régimes de détérioration des matériaux. Le travail est consacré à l'étude de l'apparition de fissures ouvertes. A la suite d'une étude analytique simplifiée de la formation et de ta propagation de fissures ouvertes dans le milieu considéré basée sur un modèle probabiliste on montre que la formation d'un réseau de fissures est possible. On s'attache alors à développer dans le Code_Aster un outil numérique permettant de simuler la formation de réseaux de fissures. Un modèle non local basé sur une régularisation des contraintes est proposé. Un critère portant sur le facteur d'intensité des contraintes est utilisé pour décrire la propagation des fissures. L'amorçage de nouvelles fissures est décrit par un modèle de Poisson-Weibull. Les paramètres utilisés sont identifiés par une campagne expérimentale menée sur des échantillons prélevés sur un site de stockage géologique de CO2. Le modèle développé est ensuite validé sur des cas numériques, puis par rapport à la campagne expérimentale réalisée.

  • Titre traduit

    Probabilistic modelling of rock damage : application to geological storage of CO2


  • Résumé

    The storage of CO2 in deep geological formations is considered as a possible way to reduce emissions of greenhouse gases in the atmosphere. The condition of the rocks constituting the reservoir is a key parameter on which rely both storage safety and efficiency. The objective of this thesis is to characterize the risks generated by a possible change of mechanical and transfer properties of the material of the basement after an injection of CO2. Large-scale simulations aiming at representing the process of injection of CO2 at the supercritical state into an underground reservoir were perforated. An analysis of the obtained stress fields shows the possibility of generating various forms of material degradation for high injection rates. The work is devoted to the study of the emergence of opened cracks. Following an analytical and simplified study of the initiation and growth of opened cracks based on a probabilistic model, it is shown that the formation of a crack network is possible. The focus is then to develop in the finite element code Code_Aster a numerical tool to simulate the formation of crack networks. A nonlocal model based on stress regularization is proposed. A test on the stress intensity factor is used to describe crack propagation. The initiation of new cracks is modeled by a Poisson-Weibull process. The used parameters are identified by an experimental campaign conducted on samples from an actual geological site for CO2 storage. The model developed is then validated on numerical cases, and also against experimental results carried out herein.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (146 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 139-146

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