Brevet FR3135074A1 — publié le 20231103

Système de stockage (1) souterrain pour le stockage de fluide comprenant un évidement (2) présentant un fond (3), un élément de support (4) comprenant au moins une ouverture (7) apte à recevoir un élément d’assemblage (18), au moins un réservoir (10) présentant un axe longitudinal (l), une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (12), un premier moyen de fermeture (16) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité inférieure (14), et un deuxième moyen de fermeture (17) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité supérieure (12), ladite extrémité supérieure (12) étant apte à être assemblée à l’élément de support (4) par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage (18) de sorte que le réservoir (10) soit suspendu à l’intérieur de l’évidement (2) et qu’un jeu axial (G) apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir (10) subsiste entre le premier moyen de fermeture (16) et le fond (3). [Fig 1] Système de stockage souterrain pour le stockage de fluides L’invention se rapporte au domaine du stockage souterrain, notamment pour le stockage de fluides. Plus particulièrement, l’invention se rapporte au domaine des systèmes de stockage souterrain pour le stockage de gaz, par exemple pour le stockage d’hydrogène ou pour le stockage d’oxygène. Encore plus particulièrement, l’invention se rapporte au domaine du stockage de fluides à hautes pressions. On entend par « hautes pressions », des pressions pouvant être comprises entre 100 bar à 1200 bar, plus particulièrement entre 200 bar et 500 bar. L’invention se rapporter également à un procédé de stockage souterrain pour le stockage de fluides. Arrière-plan technologique L'une des technologies naissantes permettant de réduire l'empreinte carbone des industries est d'utiliser l'hydrogène généré par des procédés renouvelables, tels que l’éolien ou le solaire. L’électricité produite par ces procédés renouvelables peut être utilisée par un électrolyseur pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène, notamment à partir de l’électrolyse de l’eau. Cette grande quantité d'hydrogène, produite par électrolyse, doit être comprimée et stockée afin de pouvoir être ensuite utilisée à la demande pour alimenter en permanence, soit des véhicules, tels que des camions ou des voitures, soit pour alimenter le réseau électrique lors des pics de consommation. Dans ce cas, pour produire cette électricité, l'hydrogène pourra alimenter soit une turbine, soit des piles à combustible à hydrogène. Quant à l’oxygène, il peut être intéressant de le stocker pour son utilisation dans un domaine tel que l’agriculture ou à des fins médicales. Certains gaz, comme l’hydrogène, sont connus pour être des gaz difficiles à confiner. Par exemple, leur faible densité nécessite un stockage à haute pression, et leurs molécules de petite taille ainsi que leur faible viscosité les rendent propice aux fuites. Par conséquent, ils doivent être stockés dans un dispositif parfaitement étanche, apte à stocker de grandes quantités de gaz, tout en répondant à des normes strictes de sécurité, notamment pour réduire au maximum les risques de fuites. Le stockage souterrain est également intéressant pour les consommateurs et les industriels car il permet de réduire très efficacement l’espace utilisé en surface pour ces installations de stockage. De tels systèmes de stockage souterrain de fluides sont généralement installés à des profondeurs comprises entre 10 mètres et 50 mètres. Ces systèmes de stockage peuvent être installés dans des terrains de différentes natures géologiques, par exemple des roches solides telles que le granite ou le basalte, ou tout autre type de structure géologique souterraine. A cet égard, l’art antérieur décrit dans le brevet US10837601 : un dispositif comprenant une unité fixée dans un seul forage souterrain, l'unité comprenant une pluralité de récipients séparés et fixés par l'intermédiaire d'au moins un dispositif de retenue, chaque récipient de la pluralité de récipients séparés ayant au moins un bouchon comprenant un trou d'entrée, un trou de sortie et un trou central, le trou central étant positionné de manière excentrée par rapport à un centre radial d'une surface supérieure du bouchon, l'unité étant fixée dans le seul forage souterrain par du ciment s’étendant de manière continue entre la pluralité de récipients pour entourer l'unité et entrer en contact avec une paroi latérale du forage souterrain. En outre, l'unité est fixée à un élément d'ancrage à proximité du fond du forage souterrain. L’inconvénient d’un tel dispositif est que, pour maintenir les récipients en place dans le forage souterrain, lesdits récipients sont fixés dans du ciment et attachés par le bas à l’élément d’ancrage, ce qui rend les opérations de maintenances complexes, notamment lorsqu’il est nécessaire d’extraire un récipients de l’unité pour le changer, le ciment et l’élément d’ancrage empêchent une telle extraction. Or, ce type d’opération peut être nécessaire, notamment en cas de fuite, pour une opération de contrôle ou de maintenance. L’entretien et la sécurité d’un tel dispositif ne sont par conséquent pas optimales. De plus, un tel maintien des récipients dans le ciment entraine un important travail en compression des parois des récipients, ce qui augmente le risque de fuite. Résumé Afin de pallier les inconvénients ci-dessus, un premier but de l’invention est de faciliter les opérations de maintenance sur un système de stockage souterrain de fluides, tels que des gaz. En outre, un deuxième but de l’invention est de permettre de stocker à hautes pressions de grandes quantités de fluides tout en respectant des normes strictes de sécurité. Enfin, un troisième but de l’invention est de permettre le stockage souterrain de plusieurs fluides différents, à des pressions différentes, dans un seul et même dispositif, au sein d’un seul et même système de stockage. Ainsi, l’invention fournit un système de stockage souterrain pour le stockage de fluides, ledit système de stockage comprenant : un évidement apte à être aménagé dans un terrain, ledit évidement présentant un fond, un élément de support comprenant au moins une ouverture apte à recevoir un élément d’assemblage, au moins un réservoir, ledit réservoir présentant un axe longitudinal (l), une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, un premier moyen de fermeture apte à fermer le réservoir à son extrémité inférieure, et un deuxième moyen de fermeture apte à fermer le réservoir à son extrémité supérieure, ladite extrémité supérieure étant apte à être assemblée à l’élément de support par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage de sorte que le réservoir soit suspendu à l’intérieur de l’évidement et qu’un jeu axial apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir subsiste entre le premier moyen de fermeture du réservoir et le fond de l’évidement. Grâce à ces caractéristiques, l’intégrité du réservoir n’est pas compromise par des contraintes mécaniques liées à la dilatation thermique axiale du réservoir lors des opérations d’injection et de prélèvement de fluides. En effet, le jeu axial permet d’éviter que, lors de telles opérations, la dilatation thermique axiale entraîne la compression du réservoir contre le fond de l’évidement. De telles contraintes appliquées de façon répétées affaiblissent l’étanchéité du réservoir, notamment au niveau du moyen de fermeture. En outre, contrairement aux dispositifs de l’art antérieur, un tel système permet de ne pas utiliser de ciment pour fixer le réservoir. Le réservoir n’est donc fixé qu’à l’élément de support. Le réservoir est donc suspendu dans un fluide quelconque provenant de l’environnement dans lequel le système est placé. Par exemple, le réservoir est suspendu dans de l’air ou de l’eau provenant des formations rocheuses environnantes. Il est donc possible et simple de retirer un réservoir du système. Selon un mode de réalisation, le réservoir est suspendu de façon sensiblement verticale. Selon un mode de réalisation, le réservoir est composé d’au moins un tube métallique, ledit tube métallique présentant au moins une terminaison dotée d’au moins une portion filetée. Selon un mode de réalisation, le tube métallique présente deux terminaisons, chacune desdites deux terminaisons étant dotée d’au moins une portion filetée. Selon un mode de réalisation, le réservoir est composé d’au moins deux tubes métalliques assemblés par vissage, de sorte à former une colonne de tubes. L’assemblage entre deux tubes métalliques peut se faire par une connexion intégrale ou par l’intermédiaire d’une pièce de raccordement, tel qu’un manchon. Selon un mode de réalisation, le jeu axial respecte l’inéquation suivante : Où : G est la longueur du jeu axial exprimée en mètres, L représente la longueur d’un réservoir (10) exprimée en mètres, β représente le gradient géothermique exprimé en degré Celsius par mètre, α représente le coefficient de dilatation thermique du métal exprimé en Celsius -1 . Le gradient géothermique β varie selon la formation géologique dans laquelle le système de stockage est placé. Ainsi β est tel que 0,02°/m≤ β≤2°/m. α représente le coefficient de dilatation thermique du métal exprimé en degré Celsius -1 . Le coefficient de dilatation thermique α varie selon le type de métal qui compose les tubes utilisés pour former un réservoir. Ainsi, α est tel que 8*10 -6 °C -1 ≤ α ≤ 18*10 -6 °C -1 . L’utilisation de tubes filetés pour réaliser le réservoir permet de faciliter le montage et le démontage du réservoir. Cela est particulièrement avantageux lorsqu’un tube doit être changé. La maintenance et l’entretien du réservoir sont donc facilités et la sécurité du système est augmentée. Selon un mode de réalisation, le réservoir est composé d’un tube unique. Selon un mode de réalisation, les tubes utilisés pour réaliser un réservoir sont des tubes métalliques, préférentiellement des tubes métalliques filetés. Par exemple, il peut s’agir de tubes métalliques en titane, ou de tubes en acier du type de ceux utilisés dans l’industrie du gaz et du pétrole, notamment les tubes utilisés pour réaliser les puits de production de gaz et/ou de pétrole. Selon un mode de réalisation, le premier moyen de fermeture et/ou le deuxième moyen de fermeture est apte à fermer le réservoir par vissage. Dans ce cas, le filetage desdits moyens de fermeture peut être un filetage mâle ou femelle. En plus du filetage, le premier moyen de fermeture et/ou le deuxième moyen de fermeture peut également comprendre une portée métallique. La présence d’une portée métallique contribue à améliorer l’étanchéité de la fermeture, ce qui est particulièrement avantageux pour le stockage de gaz, notamment pour le stockage d’hydrogène qui est un gaz particulièrement propice aux fuites. Selon un mode de réalisation, le premier moyen de fermeture et/ou le deuxième moyen de fermeture est une soudure. Des moyens de fermetures aptes à fermer le réservoir par vissage sont préférés à des soudures, car les moyens de fermeture vissés ne modifient pas significativement l’épaisseur de la paroi du réservoir au niveau de la fermeture. Ainsi, avec des moyens de fermetures par vissage les propriétés mécaniques du réservoir au niveau de la fermeture sont inchangées. En outre, dans le cas du stockage d’hydrogène, ils permettent d’éviter de potentiels problèmes de corrosion par le dihydrogène, qui peuvent se produire sur une soudure. Selon un mode de réalisation, l’élément de support comprend une surface supérieure 54 et une surface inférieure 56. Selon un mode de réalisation, l’élément de support est posé sur le sol ou fixé sur une plaque en béton ou en ciment, ladite plaque étant coulée à la surface du sol. La fixation de l’élément de support à la plaque en béton ou en ciment peut se faire par tout moyen connu de l’homme du métier. Selon un mode de réalisation, l’élément de support est une plaque cylindrique circulaire ou de forme géométrique angulaire. Selon un mode de réalisation, l’élément de support présente au moins une surface d’aire comprise entre 0.2 m² et 10 m², préférentiellement entre 0.7 m² et 4 m². Selon un mode de réalisation, l’élément de support peut être une plaque métallique. Selon un mode de réalisation, l’au moins une ouverture est un trou débouchant et aménagé dans une épaisseur de l’élément de support. Selon un mode de réalisation, l’au moins une ouverture de l’élément de support est une ouverture circulaire. Selon un mode de réalisation, l’élément d’assemblage est fixé à l’extrémité supérieure du réservoir. Selon un mode de réalisation, l’élément d’assemblage est soudé ou vissé à l’extrémité supérieure du réservoir. Selon un mode de réalisation, l’élément d’assemblage est tubulaire et présente une collerette, ladite collerette étant apte à reposer sur une surface de l’élément de support de sorte que lorsque l’élément d’assemblage est fixé à l’extrémité supérieure du réservoir, ledit réservoir est suspendu à l’élément de support par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage. Selon un mode de réalisation, le système comprend une pluralité de réservoirs, chaque réservoir présentant un axe longitudinal l, une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, ladite extrémité supérieure de chaque réservoir étant apte à être assemblée à l’élément de support par l’intermédiaire d’un élément d’assemblage de sorte que chaque réservoir soit suspendu à l’intérieur de l’évidement. Un tel système, qui comprend une pluralité de réservoirs, permet d’avoir des réservoirs de longueurs différentes au sein d’un même système de stockage. Cela est particulièrement avantageux pour ne pas suspendre à l’élément de support une charge qui soit inutilement élevée. De plus, la longueur d’un réservoir peut être adaptée afin de faciliter la montée ou la baisse de pression nécessaire selon les conditions de stockage du fluide. Ainsi, différents fluides peuvent être stockés dans le même système. Selon un mode de réalisation, chaque réservoir est relié à une alimentation en fluide et à un circuit de prélèvement de fluide qui lui sont propres de sorte que lorsque le système de stockage comprend une pluralité de réservoirs, lesdits réservoirs peuvent être indépendants les uns des autres. Grâce ces caractéristiques, il est possible de stocker de plus grandes quantités de fluide. Notamment, pour une même profondeur de l’évidement, il est possible de stocker à de très hautes pressions une grande quantité de gaz dans une pluralité de réservoirs. En outre, avec un tel système il est possible de stocker différents fluides, chaque fluide pouvant être stocké dans des conditions, notamment des conditions de températures et de pressions, qui sont spécifiques au fluide et à l’utilisation à laquelle le fluide est destiné. Selon un mode de réalisation, chaque réservoir peut être équipé de capteurs, tels que des manomètres, des thermomètres, des détecteurs de fuite ou des détecteurs d’humidité. De cette façon, il est possible de contrôler la pression ainsi que la présence de fuites dans chaque réservoir. Cela est avantageux, d’une part pour la sécurité du système, et d’autre part lorsque les réservoirs ne stockent pas tous le même fluide. Ces capteurs peuvent également être placés directement dans l’évidement. Selon un mode de réalisation, le système comprend un unique réservoir. Selon un mode de réalisation, la longueur L d’un réservoir est comprise entre 1 mètre et 3000 mètres, préférentiellement entre 10 mètres et 2500 mètres, encore plus préférentiellement entre 20 mètres et 500 mètres. Selon un mode de réalisation, le système de stockage comprend entre 1 et 26 réservoirs, préférentiellement entre 1 et 14 réservoirs, encore plus préférentiellement entre 1 et 6 réservoirs. Selon un mode de réalisation, l’évidement présente une profondeur comprise entre 10 mètres et 2500 mètres, préférentiellement entre 20 mètres et 500 mètres, ladite profondeur étant mesurée entre la surface du sol et le fond de l’évidement. Selon un mode de réalisation, l’évidement comporte au moins un cuvelage. Selon un mode de réalisation, le cuvelage est en béton, en ciment, ou en acier. Selon un mode de réalisation, le cuvelage est un tube de cuvelage. Le tube de cuvelage peut être cimenté. Selon un mode de réalisation, le terrain est composé de roches solides, telles que le granite ou le basalte. L’avantage de réaliser le système de stockage dans un terrain composé de roches solides est qu’il est possible de se passer de cuvelage, ce qui simplifie la mise en place du système. En revanche, un cuvelage est nécessaire lorsque le système est réalisé dans des terrains meubles. Selon un mode de réalisation, l’évidement peut être réalisé par forage ou par excavation. Selon un mode de réalisation, l’évidement présente un diamètre moyen compris entre 0.5 mètre et 4.5 mètres, préférentiellement entre 1 mètre et 3 mètres. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de stockage souterrain pour le stockage de fluides, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : aménager un évidement (2) dans un terrain (40), ledit évidement (2) présentant un fond (3), fournir un élément de support (4) comprenant au moins une ouverture (7) apte à recevoir un élément d’assemblage (18), fournir au moins un réservoir (10), ledit réservoir (10) présentant un axe longitudinal (l), une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (12), fournir un premier moyen de fermeture (16) apte à fermer ledit réservoir (10) à son extrémité inférieur (14), et un deuxième moyen de fermeture (17) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité supérieure (12), assembler ladite extrémité supérieure (12) à l’élément de support (4) par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage (18) de sorte que le réservoir (10) soit suspendu à l’intérieur de l’évidement (2) et qu’un jeu axial (G) apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir (10) subsiste entre le premier moyen de fermeture (16) du réservoir (10) et le fond (3) de l’évidement (2). Définitions On entend par « extrémité inférieure » du réservoir, l’extrémité du réservoir qui se situe à proximité du fond de l’évidement. Cette « extrémité inférieure » se définie en opposition à l’extrémité dite « extrémité supérieure » du réservoir, qui se situe à proximité de l’élément de support et donc de la surface du sol. On entend par « jeu axial » une longueur, qui s’étend selon l’axe longitudinal l du réservoir, mesurée entre le premier moyen de fermeture du réservoir et le fond de l’évidement. A noter que, la position d’un réservoir peut ne pas être parfaitement verticale. Dans ce cas, l’axe longitudinal l du réservoir présente un angle par rapport à la verticale dans le repère (x ; y). Cet angle présente une valeur maximale de 15°. Dans ce cas, la mesure du jeu axial G se fait par projection orthogonale sur l’axe vertical passant par un point du premier moyen de fermeture situé le plus proche du fond de l’évidement. Autrement dit, le jeu axial correspond toujours à la distance la plus courte, mesurée entre le fond de l’évidement et le premier moyen de fermeture. On entend par « tube métallique fileté » un tube comprenant au moins une terminaison présentant au moins une portion filetée, apte à être assemblé à un tube métallique fileté comprenant au moins une terminaison présentant au moins une portion filetée complémentaire. Le filetage peut être mâle ou femelle. On entend par « fond de l’évidement », la surface du fond de l’évidement. Ainsi, lorsque l’évidement est cuvelé et que ledit cuvelage est cimenté, le terme « fond de l’évidement » désigne alors la surface de la couche de ciment se trouvant au fond de l’évidement. Lorsque le cuvelage n’est pas cimenté, le terme « fond de l’évidement » désigne tout simplement la surface du terrain se trouvant au fond de l’évidement. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Il doit être compris, cependant, que la présente demande n'est pas limitée aux arrangements, structures, caractéristiques, modes de réalisation et apparence précis indiqués. Les dessins ne sont pas dessinés à l'échelle et ne sont pas destinés à limiter la portée des revendications aux modes de réalisation représentés dans ces dessins. Par conséquent, il doit être compris que lorsque des caractéristiques mentionnées dans les revendications sont suivies par des références, lesdites références sont incluses uniquement en vue d’améliorer la compréhension des revendications et ne limitent en aucun cas la portée de ces dernières. La est un schéma d’une vue en coupe d’un système de stockage selon un mode de réalisation de l’invention. La est un schéma tridimensionnel isolée de l’élément de support du système de stockage illustré à la . La est un schéma tridimensionnel isolée d’un élément de support alternatif pouvant être utilisé dans un mode de réalisation de l’invention. La est un schéma tridimensionnel d’un élément d’assemblage pouvant être utilisé dans le système de stockage illustré à la . Système de stockage (1) souterrain pour le stockage de fluides, ledit système de stockage (1) comprenant : un évidement (2) apte à être aménagé dans un terrain (40), ledit évidement (2) présentant un fond (3), un élément de support (4) comprenant au moins une ouverture (7) apte à recevoir un élément d’assemblage (18), au moins un réservoir (10), ledit réservoir (10) présentant un axe longitudinal (l), une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (12), un premier moyen de fermeture (16) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité inférieur (14), et un deuxième moyen de fermeture (17) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité supérieure (12), ladite extrémité supérieure (12) étant apte à être assemblée à l’élément de support (4) par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage (18) de sorte que le réservoir (10) soit suspendu à l’intérieur de l’évidement (2) et qu’un jeu axial (G) apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir (10) subsiste entre le premier moyen de fermeture (16) du réservoir (10) et le fond (3) de l’évidement (2). Système de stockage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir (10) est composé d’au moins un tube (A) métallique, ledit tube (A) métallique présentant au moins une terminaison dotée d’au moins une portion filetée. Système de stockage (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réservoir (10) est composé d’au moins deux tubes (A) métalliques assemblés par vissage, de sorte à former une colonne de tubes (C). Système de stockage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jeu axial (G) respecte l’inéquation suivante : Où : G est la longueur du jeu axial exprimée en mètres, L représente la longueur d’un réservoir (10) exprimée en mètres, β représente le gradient géothermique exprimé en degrés Celsius par mètre, α représente le coefficient de dilatation thermique du métal exprimé en mètres par degré Celsius. Système de stockage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier moyen de fermeture (16) et/ou le deuxième moyen de fermeture (17) est apte à fermer le réservoir par vissage. Système de stockage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit système (1) comprend une pluralité de réservoirs (10), chaque réservoir (10) présentant un axe longitudinal (l), une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (12), ladite extrémité supérieure (12) de chaque réservoir (10) étant apte à être assemblée à l’élément de support (4) par l’intermédiaire d’un élément d’assemblage (18) de sorte que chaque réservoir (10) soit suspendu à l’intérieur de l’évidement (2). Système de stockage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’évidement (2) comporte au moins un cuvelage (30). Système de stockage (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cuvelage (30) est en béton, en ciment, ou en acier. Procédé de stockage souterrain pour le stockage de fluides, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : aménager un évidement (2) dans un terrain (40), ledit évidement (2) présentant un fond (3), fournir un élément de support (4) comprenant au moins une ouverture (7) apte à recevoir un élément d’assemblage (18), fournir au moins un réservoir (10), ledit réservoir (10) présentant un axe longitudinal (l), une extrémité inférieure (14) et une extrémité supérieure (12), fournir un premier moyen de fermeture (16) apte à fermer ledit réservoir (10) à son extrémité inférieur (14), et un deuxième moyen de fermeture (17) apte à fermer le réservoir (10) à son extrémité supérieure (12), assembler ladite extrémité supérieure (12) à l’élément de support (4) par l’intermédiaire de l’élément d’assemblage (18) de sorte que le réservoir (10) soit suspendu à l’intérieur de l’évidement (2) et qu’un jeu axial (G) apte à absorber une dilatation thermique axiale dudit réservoir (10) subsiste entre le premier moyen de fermeture (16) du réservoir (10) et le fond (3) de l’évidement (2).