Améliorer l'évaluation des risques d'intégrité des sites de stockage de CO2 contenant des failles et fournir des solutions pour réduire les risques de réactivation et de fuite des failles
Acronyme : AAP européen CETP - projet CO2SafeQuest :
Mots-clés : Changement climatique
Contexte : Le défi qui attend la communauté du Captage et Stockage du CO2 (CSC) est de « faire passer la technologie à l’échelle pour être en mesure de stocker en toute sécurité le CO2 à l'échelle de la gigatonne (Gt) par an afin d'atteindre les objectifs mondiaux de réduction des émissions de CO2 » (MissionInnovation, 2018). La nécessité d'améliorer la caractérisation des failles est répertoriée comme une direction de recherche prioritaire par cette mission. La réduction du risque de perte de confinement du stockage liée aux failles doit permettre de qualifier de nouveaux réservoirs en mer du Nord et dans les aquifères salins dans toute l'Union européenne (UE), et contribuer à débloquer la capacité de stockage européenne (UE, 2017). Le projet CO2SafeQuest cible la partie stockage du CO2 du module CM2023-04 sur le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS) de l’appel à projet Clean Energy Transition Partnership (CETP) 2023. Ce projet, en améliorant la prise en compte des risques liés au stockage du CO2 et en ouvrant de nouvelles perspectives de stockage potentielles, contribuera à ouvrir la voie au développement du stockage de CO2 à l'échelle de la mégatonne d'ici mi-2030. Ce projet aborde spécifiquement le sujet de la caractérisation et de la gestion des sites de stockage de CO2 , en mettant l'accent sur l 'intégrité et la modélisation des réservoirs et des roches de couverture . La proposition répondra directement à la priorité du CLIMIT sur le stockage à grande échelle du CO2 sur le plateau norvégien en mer du Nord (CLIMIT, 2017) et au nouveau plan français de développement du CSC. Selon la feuille de route Net-Zero de l'Agence Internationale de l'Energie (AIE, 2021), environ 7,6 Gt de CO2 devront être capturées par an d'ici 2050 pour atteindre les objectifs de zéro émission nette de Gaz à Effet de Serre (GES). Cela implique une augmentation significative du nombre de site de stockage de CO2, ce qui nécessitera de cibler des sites plus complexes contenant des failles. Lors du stockage du CO2, la pression dans le réservoir augmente en raison de l'injection de gaz. Cette augmentation de la pression due à l'injection de CO2 peut avoir un impact sur l'intégrité du stockage par réactivation et/ou fuite au niveau des failles. Avec l'augmentation des projets de stockage de CO2, l'évaluation des risques de défaillance deviendra essentielle pour garantir l'efficacité du stockage à long terme et contrôler le risque de fuite. Cependant, les failles restent des objets complexes, difficiles à caractériser et à simuler. Une meilleure compréhension du comportement des failles lors de l'injection de CO2, et en particulier du comportement de la faille lorsqu'elle traverse la roche de couverture, est nécessaire pour accélérer la mise en œuvre et sécuriser le stockage du CO2 dans les milieux poreux. Des failles sont présentes dans la plupart des formations géologiques ciblées pour le CSC, y compris les roches gréseuses, qui présentent une capacité de stockage importante. L'élucidation des propriétés et du comportement des failles dans le contexte du stockage géologique du CO2 est donc nécessaire pour « accélérer l'expansion des technologies de CSC et à moindre risque » et « minimiser ou éviter l'impact négatif du stockage du CO2 sur la santé humaine et l'environnement ». L'acceptation sociale étant un obstacle majeur au développement du CSC, en particulier en ce qui concerne l'atténuation des risques et la communication, il est essentiel de participer à « renforcer la perception du public à l'égard du CSC par l'éducation et le partage d'informations ». Pour ce faire, un lot dédié aura pour objectif de partager les résultats du projet avec les parties prenantes et les régulateurs.
Description : Ce projet est structuré en cinq lots de travaux dédiés à relever les différents défis de l'évaluation du comportement des failles et des risques associés lors du stockage souterrain du CO2 et à fournir un workflow intégré complet pour caractériser et simuler le comportement des failles. Le diagramme de GANTT de l'annexe technique présente le calendrier et les jalons du projet, ainsi que le calendrier de livraison des principaux livrables. Les livrables du projet sont décrits dans la description de chaque lot de travaux présentée ci-dessous et synthétisés dans le Tableau 1 de l'annexe technique. Le LOT 1 sur la coordination et la gestion du projet a pour objectifs d'assurer la mise en œuvre efficace du projet CO2SafeQuest , en créant l'environnement nécessaire pour atteindre ses objectifs ambitieux, fournir les résultats, les livrables et les rapports demandés dans les limites du budget, du calendrier et avec la qualité prévue. Le coordinateur du projet, IFPEN, dirigera ce lot. Le LOT 2 dédié à la géo-caractérisation des failles et à son amélioration se concentrera sur la collecte et la génération de données sur les failles à différentes échelles. Des expériences à l'échelle du laboratoire seront réalisées sur des échantillons de roches provenant d'affleurements pertinents, du tunnel du Mont-Terri (laboratoire) ou des sites de la mer du Nord en fonction de la disponibilité des carottes des partenaires industriels ; Une étude de terrain sera menée afin de caractériser les failles d'affleurement représentatives du cas de terrain ciblé ; et les données des expériences in situ fournies par les membres du consortium Mont-Terri seront analysées et utilisées pour donner un aperçu du comportement des failles à méso-échelle lors de l'injection de CO2. IFPEN ne participe pas à ce lot. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour relier les expériences in situ et la modélisation Thermo-Hydro-Mécanique (THM) et pour étendre les résultats aux sites de stockage de CO2 à grande échelle, où les géométries de failles sont souvent plus complexes. Le LOT 3 vise à combler cette lacune par une modélisation multi-échelle des failles à l'aide de données générées par les activités du LOT 2 et de données sur les sites de stockage de Poséidon et Smeaheia provenant de partenaires industriels et de sources ouvertes. IFPEN est le leader de ce lot. Le LOT 4 doit permettre de mettre au point un workflow actualisé et des recommandations pratiques pour la modélisation des failles et le type de données nécessaires à l’analyse des risques liés à la présence de failles. Les données en libre accès de Smeaheia et celles de Poséidon fournies par AkerBP et OMV (Norge), opérateurs impliqués dans ce projet, seront l'occasion de démontrer la valeur de ce workflow intégré. IFPEN contribue à ce lot. Le LOT 5 se concentrera sur l'évaluation de la perception du public et des parties prenantes, le développement d'activités d'engagement des parties prenantes et l'établissement d'une méthode stratégique de communication du CSC. L'un des objectifs de ce lot est de s'assurer que les résultats du projet sont clairement présentés et accessibles à tous sur un site Web accessible au public. Les activités de diffusion seront soutenues par un ensemble d'outils de communication (site web, plateformes de médias sociaux, …) et comprendront des publications techniques, des présentations lors de séminaires, des webinaires, des conférences de vulgarisation scientifique, des conférences et la participation à des ateliers de l'industrie. IFPEN contribue à ce lot.
Objectifs et résultats attendus : Objectifs scientifiques et techniques Le projet CO2SafeQuest vise à améliorer l 'évaluation des risques d'intégrité des sites de stockage de CO2 contenant des failles et à fournir des solutions pour réduire les risques de réactivation et de fuite des failles pendant les opérations de stockage de CO2, assurant ainsi le confinement à long terme du CO2 et la sécurité du stockage. Ce projet vise en particulier à combler les lacunes restantes dans la compréhension des changements dynamiques des zones de faille en fournissant de nouveaux résultats expérimentaux et des workflows de modélisation. CO2SafeQuest a pour objectif global de fournir des workflows innovants et intégrés abordant le confinement à long terme du CO2 dans les sites de stockage de grès faillés, en tenant compte du comportement des failles dans les réservoirs, les roches de couverture et de recouvrement. Ces workflows innovants, incluant la géo-caractérisation des failles et la simulation de l'échelle du méso au site de stockage, seront conçus sur des cas d'usage industriels : les sites de stockage norvégiens de Smeaheia et Poséidon. Les aspects innovants du projet sont de fournir de nouvelles données sur la caractérisation et le comportement des failles lors de l'injection de CO2 en laboratoire et à l'échelle méso ( LOT 2 ) ; mettre à niveau les simulations numériques du comportement des failles à l'échelle méso et du site de stockage, et effectuer l'évaluation des risques liés à la présence de faille de deux cas d'utilisation industrielle : les sites de Poséidon et de Smeaheia ( LOT 3 ) ; fournir des workflow intégrés pour l'évaluation des risques liés aux failles, de la caractérisation à l'évaluation du comportement ( LOT 4 ) ; et enfin à améliorer la communication sur les risques de défaillance auprès des industriels, des régulateurs et des parties prenantes concernées et diffuser les résultats du projet ( LOT 5 ). L'appropriation sociétale est un obstacle majeur au développement du CSC. Le LOT 5 aura pour objectif de partager les résultats du projet avec la communauté CETP, les utilisateurs finaux (opérateurs de stockage), les parties prenantes et les régulateurs. Dans l'ensemble, le projet permettra de passer la caractérisation des failles et l'évaluation des risques de TRL4 - technologie validée à l'échelle du laboratoire à TRL6 - technologie démontrée dans l'environnement industriel pertinent. Ceci sera réalisé en fournissant de nouvelles données de caractérisation et de comportement des failles, des lois constitutives et un critère HM plus général pour la défaillance des failles. Ces résultats innovants seront étendus de l'échelle du laboratoire à l'échelle du site de stockage sur les cas d'utilisation industrielle de Poséidon et Smeaheia pour finalement développer de nouveaux workflows d'évaluation des risques validés sur ces deux sites de stockage. Les lignes directrices en matière de risque de défaillance et de sécurité vis-à-vis des utilisateurs finaux industriels, des parties prenantes et des régulateurs renforceront la mise en œuvre des résultats de CO2SafeQuest et contribueront au succès des stockages de Poséidon et de Smeaheia, et plus généralement de tout autre développement de site de stockage contenant des failles. Objectifs socioéconomiques et réglementaires Le CSC devrait contribuer à réduire de 7 Gt les émissions de gaz à effet de serre d'ici 2050. Aujourd'hui, seulement environ 50 Mt de CO2 sont capturées et stockées chaque année. Une accélération significative du développement des projets de stockage est indispensable pour atteindre la neutralité carbone d'ici à 2050 et atténuer les impacts du changement climatique. Pour augmenter le nombre de projets de stockage, il faudra cibler des réservoirs de plus en plus complexes et l'évaluation des risques liés à la présence de failles deviendra un enjeu important. Ce projet contribuera de manière significative à la transition énergétique et à l'atténuation du changement climatique en fournissant des outils et des workflows capables de cibler rapidement et en toute sécurité des réservoirs plus complexes. De plus, ce projet fournira une évaluation des risques et des stratégies de remédiation pour deux sites en cours d’évaluation et de développement en Mer du Nord : Smeaheia et Poséidon. Par ailleurs, CO2SafeQuest est basé sur des cas concrets industriels impliquant des utilisateurs finaux industriels du secteur privé et des instituts de recherche nationaux ayant des liens étroits avec les régulateurs nationaux ; le projet a un lien direct avec la demande finale, ce qui permet de faire le lien avec la mise en œuvre rapide des résultats du projet. CO2SafeQuest a donc aussi pour objectifs de contribuer directement aux opérations industrielles et à la mise en place d'une réglementation du stockage du CO2. L'appropriation sociétale est un point critique pour le déploiement du CSC. Les processus souterrains sont mal connus et sujets à des mythes. Le partage de ces connaissances techniques complexes et des risques liés à ces procédés est difficile. L'un des objectifs importants de CO2SafeQuest est de fournir une communication adaptée des mécanismes de réactivation des failles et du risque de fuite de CO2 associé, permettant aux parties prenantes de comprendre et de définir leur position à l'aide d'informations scientifiques. Cela contribuera à l'appropriation sociétale de la technologie de stockage du CO2 et accélérera donc sa contribution à la transition vers un monde décarboné. Objectifs environnementaux Le projet CO2SafeQuest a pour but de mettre au point des workflows permettant de dérisquer la présence de failles dans les stockages de CO2. Ce qui permettra d’accroitre le nombre de réservoirs potentiellement utilisables pour stocker du CO2, mais aussi l’appropriation sociétale de la technologie, facilitant ainsi l’atteinte des objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Bénéficiaire : IFP ENERGIES NOUVELLES
Localisation : Rueil-Malmaison, Île-de-France, FRANCE
Début : 01/12/2024 — Durée : 36 mois
Budget total : 563971.2 € — Aide ADEME : 281980.6 €
Statut : Suivi du projet