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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


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.


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.


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…


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.


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


Sources permanentes émettant plus de 0.1 MtCO2/an

Plus de la moitié des émissions mondiales…


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


Que devient le CO2 une fois injecté?

CO2 gazeux

CO2 gazeux,

liquide ou

supercritique

CO2 supercritique


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


1000 - 10 000 Gt

600-920 Gt5 - 200 Gt

Formations géologiques concernées


Mais pas seulement…


les roches basiques

(séquestration minérale)

Formations géologiques concernées

Niveau plus perméable


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


Avantages / inconvénients

Aquifères salins

Grande capacité de stockage

Eau non potable

Généralement peu connus

Roches basiques

Volumes poreux et

perméabilité faibles

Stockage minéral


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


“Vrais” sites de stockage de CO2

Nagaoka

SnohvitSleipner

In Salah

CO2 SINKK-12B

Frio

Weyburn

Otway


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


Deux exemples

Sleipner

CO2 SINK


Un exemple de stockage de CO2

dans un aquifère, champ de Sleipner, Norvège


• 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 ?


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


La capacité de stockage

représente plus de 1000 fois

les émissions annuelles de

CO2 en Europe

Un réservoir au potentiel énorme


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…

Paris – 19 Mai 2009 27

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...


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...


KETZIN

0 25 50 km

BerlinKetzin

Potsdam


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


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)


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


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


Géologie / Surveillance

Forage et diagraphies


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).


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


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;


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.


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


Projets capture + stockage actifs

Projets suspendus

Projets stockage actifs

Et pour les 5 ans à venir….


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…

http://www.ieep.eu/

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