Thermodynamique de stockage souterrain de gaz : du laboratoire aux cavités salines

Underground gas storage thermodynamics : from laboratory to salt caverns

• Auteur / Autrice : Firas Tayeb
• Direction : Ahmed Rouabhi, Murad S. Abuaisha
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences et géoingénierie
• Date : Soutenance le 29/02/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent de Windt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Rouabhi, Murad S. Abuaisha, Pascale Bénézeth, Christophe Coquelet, Grégoire Hévin, Nicolas Gatelier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Bénézeth, Christophe Coquelet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de masse

Gaz, Théorie cinétique des

Gaz naturel -- Stockage souterrain

Mots clés libres

Stockage souterrain du gaz

Cinétique de dissolution

Gaz humide

Convection naturelle

Cavités salines

Underground gas storage

Kinetics of dissolution

Gas humidification

Natural convection

Salt caverns

Résumé

L'usage croissant des énergies renouvelables nécessite des solutions avancées pour le stockage de l'énergie pour aborder efficacement les difficultés causées par leur approvisionnement fluctuant et intermittent. Cette étude se concentre sur le stockage souterrain de gaz dans les cavités salines, une solution prometteuse pour résoudre ces défis. Dans une première étape, des études expérimentales sont menées pour étudier la cinétique de dissolution du CO2 et du H2 dans l'eau pure et la saumure en utilisant la méthode de Pressure-decay. Ces études incluent également la mesure de l'humidité des gaz à travers un pilote de stockage innovant, permettant d'évaluer l'influence du transfert de masse sur la phase gazeuse. Par la suite, des modèles mathématiques et numériques ont été développés pour modéliser ces phénomènes physiques permettant l'analyse du comportement des gaz dans les conditions de stockage. Dans une deuxième étape, ces modèles sont utilisés pour évaluer la cinétique de dissolution du CO2 et du H2 dans la saumure, ainsi que le comportement des gaz humides dans les cavités salines. Cette approche améliore notre compréhension des échanges de masse entre les gaz et la saumure dans les conditions de stockage souterrain.

The increasing integration of renewable energy sources into the power grid requires the development of sophisticated energy storage technologies to efficiently address the difficulties caused by their fluctuating and intermittent supply. This study delves into the underground storage of gases in salt caverns, which has emerged as a promising solution for overcoming these challenges. The work begins with laboratory-scale experimental studies to elucidate the CO2 and H2 dissolution kinetics in aqueous solutions (pure water and brine) using the pressure decay method, while also measuring gas humidity through an innovative storage pilot to assess the influence of mass transfer on the gas-rich phase. Building on these experimental studies, the work proceeds towards the development of mathematical and numerical models that simulate these processes, allowing for a deeper analysis and comprehension of gas behavior under storage conditions. The latter part of the study extends these models to a real cavern environment, assessing CO2 and H2 dissolution in brine and the behavior of humid gases within the salt caverns.