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OSUG - Terre Univers Environnement

Interactions Roches Fluides

27 février 2013

Interactions CO2-minéraux : du stockage géologique à la carbonatation extra-terrestre

La communauté scientifique est consciente que le réchauffement climatique est en grande partie dû aux émissions naturelles et anthropiques de gaz à effet de serre (GES). Parmi ceux-ci, le CO2 représente un GES dont la concentration atmosphérique est en constante augmentation depuis la révolution industrielle. La séquestration souterraine du CO2, dans des formations géologiques étanches, apparaît aujourd’hui comme la seule technologie capable de réduire véritablement les émissions de CO2 anthropique. D’autre part, la séquestration minérale ex-situ (ou minéralisation ex-situ) du CO2 consiste à transformer artificiellement (réacteur industriel contrôlé) le gaz CO2 en carbonate(s) via une réaction de carbonatation aux interfaces fluide-solide.

Cette méthode pourrait être une alternative triplement écologique car elle permet de :
- réduire ponctuellement les émissions anthropiques de CO2 ;
- revaloriser/stabiliser des déchets alcalins solides (ex. cendres volantes d’incinération, résidus de papeteries, amiantes, etc.) et
- dépolluer des eaux usées riches en éléments toxiques (As, Se, Cd, Ni, Cu, U, etc.) par la formation de carbonates.

Plusieurs axes de recherche sont actuellement développés au sein de différents équipes d’ISTerre visant à mieux comprendre la réactivité du CO2 dans les systèmes hydrothermaux (ex. sites de stockage) et les aquifères mais aussi dans les milieux naturels extrêmes terrestres et extraterrestres (ex. environnements froids, surface de Mars, etc.) :

(1) Utilisation d’un système à flux continu pour simuler la percolation d’un fluide saturé en CO2 ou la percolation du CO2 supercritique dans un milieu poreux (roche réservoir) sous conditions réalistes de stockage. La particularité de ce dispositif est le couplage des effets physicochimiques (ex. dissolution/re-précipitation des minéraux) avec la déformation lente de roches (milieu poreux). Contacts : F. Renard et G. Montes Hernandez.

(2) Interactions CO2-Solution-Solide en milieu fermé (system loin de l’équilibre) pour simuler l’altération physicochimique des assemblages minéralogiques et/ou minéraux due à la réactivité du CO2 en fonction de la pression et la température. Solide : Roche ultrabasiques ou déchets alcalins ; Solution : eau déminéralisée, eau usée riche en éléments toxiques, eau+molécules organiques (Figure 1). On s’intéresse aussi à la précipitation de sel dans les milieux poreux, qui pourrait endommager la matrice rocheuse sur le long terme. Enfin cette thématique recherche vise aussi à mieux comprendre le rôle des impuretés organique et/ou inorganiques sur les processus de croissance cristalline de carbonates (vitesse de croissance, taille, morphologie, distribution de taille, etc.). Contact : G. Montes Hernandez.

Figure 1. Nucléation et croissance de la calcite en présence de seleno-L-cystine ou selenite.

(3) Interactions CO2-ciment Portland sous pression et température (CO2 supercritique humide & H2O saturée en CO2) pour caractériser l’évolution des propriétés physiques (changements volumiques, porosité, perméabilité, résistance mécanique) et chimiques (carbonatation, lixiviation) en contexte de puits d’injection de CO2. Une attention toute particulière est portée aux propriétés des C-S-H (silicates de Ca hydratés de très faible cristallinité) qui évoluent très rapidement avec les changements de pCO2 du fait de la grande surface spécifique de ces matériaux. Contact : F. Brunet.

(4) Interactions CO2-glace-minéral afin de simuler la réactivité du CO2 dans les milieux extrêmes froids (ex. conditions martiennes) par couplage de la spectrométrie infrarouge avec une cellule cryogénique de réaction. Contacts : G. Montes Hernandez et P. Beck.

 

Interactions H2O-minéraux







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