Aspects mécanistiques de la réaction de précipitation de la calcite et mouvements de fluide supercritique dans une matrice calcitique : implications au stockage minéral du C02

Mechanistic aspects of the calcite precipitation reaction and supercritical fluid movements in calcite lattice : implication for mineral storage of c02

• Auteur / Autrice : Olivier Lopez
• Direction : Pierpaolo Zuddas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie fondamentale et appliquée
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Institut de physique du globe (Paris ; 1921-....)

Mots clés

Mots clés libres

Calcite, réaction de précipitation

Stockage de C02

Fluide supercritique

Géochimie

Cinétique

Etat de surface

Saumures

Résumé

La quantité de CO2 présente dans l'atmosphère terrestre s'est accrueconstamment depuis les débuts de la révolution industrielle au point quun réchauffement significatif et des changements climatiques ont étéattribués à lactivité anthropogénique. La séquestration géologique du CO2apparaît donc comme lune des stratégies les plus pertinentes pour laréduction à long terme des émissions atmosphériques de ce gaz à effets deserre. Lexcès de CO2 peut être stocké dans les formations géologiques dedifférentes manières. La solution qui apparaît comme la plus stable est defaire réagir des fluides riches en CO2 avec les minéraux des roches (ou lamatière organique) des formations géologiques encaissantes et de produireune nouvelle matrice solide carbonatée. Les cinétiques des réactionsimpliquées dans la minéralisation du CO2 ont donc été étudiées. La première partie de cette étude sest donc attachée à décrire lesaspects mécanistiques de la réaction de précipitation de la calcite parune approche cinétique permettant dobtenir précisément les vitesses etles constantes cinétiques des réactions ainsi que des informations sur lesmécanismes réactionnels en faisant varier la température (5 à 70°C) ainsique la composition de la solution (degré de sursaturation et présencedinhibiteur : Mg2+ et SO42-). Les résultats de cette étude ont montré quele rôle de la température ne se limite pas à uniquement à un simple effetcatalyseur mais que les changements de mécanismes cinétiques, que latempérature génère, déterminent aussi les quantités de Magnésium quipeuvent sincorporer dans la calcite. Par extension à cette étude, nousavons établi une loi empirique globale décrivant la variation du taux deprécipitation en fonction de la concentration en carbonate et desdifférents paramètres physico-chimiques influençant la réaction deformation de la calcite (PCO2, salinité, température, inhibiteurs, matièreorganique). La température qui peut faire augmenter de 3 ordres degrandeurs le taux de précipitation mais uniquement dans des conditions dedéséquilibre important contrairement à la pression partielle de CO2 qui aune influence égale proche et loin de léquilibre dans des solutionspourtant complètement tamponnée. Dans la deuxième partie, létude sest focalisée sur les mouvements defluides supercritiques à lintérieur dune matrice solide calcitique. Nousavons montré que des bulles de CO2 supercritiques piégées dans desinclusions fluides contenues dans une matrice polycristalline de calcitepouvaient circuler jusquà la surface du cristal. Ces mouvements ont lieuà travers les joints de grain des cristaux à une vitesse de 10 ordres degrandeurs supérieure à la diffusion cristalline dans les conditions detempérature et de pression standard. De plus, nous avons montré que cephénomène altère de manière significative les propriétés de surface descalcites et il doit être pris en compte lors de la modélisation prédictivede la réactivité et du transport des fluides dans le milieu de stockage