Méthodes de couplage et réduction numérique pour la simulation rapide du stockage géologique de CO2/Hydrogène

Coupling methods and numerical reductions to accelerate simulations of CO2 or H2 underground storages

• Auteur / Autrice : Jana Tarhini
• Direction : Sébastien Boyaval
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2021
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LHSV - Laboratoire Hydraulique Saint Venant

Mots clés

Mots clés libres

Simulation numérique rapide

Stockage géologique

Bases réduites

Méthodes volumes-fini

Écoulement poreux

Géomécanique

Porous media flows

Underground storage

Reduced basis

Finite-volume methods

Virtual-element methods

Geomechanics

Résumé

Simuler numériquement l'écoulement de fluides en milieux poreux est essentiel pour prévoir le stockage souterrain de CO2 ou d'H2. On peut ainsi tester différents scénarios, en simulant les nombreux mécanismes physiques couplant la géologie, la géochimie et la mécanique (des fluides et du sol). Mais les coûts en temps de calculs peuvent être néanmoins très importants. Le coût calcul est dû aux dimensions du domaine spatial, d'une part. En effet, par méconnaissance des conditions limites près de la zone d'intérêt, et pour quantifier l'impact du stockage sur le milieu environnant, il faut souvent étendre le domaine spatial très largement au-delà de la seule zone de stockage. D'autre part, un simulateur est conçu pour n'utiliser qu'un unique modèle, a priori complexe (multi-physique), sur l'ensemble du domaine espace-temps. Or, le même effort de calcul n'est pas nécessairement requis partout. Une simplification du modèle physique initial est envisageable au niveau des aquifères et des épontes environnants, par exemple. Un écoulement monophasique, couplé à un comportement poro-élastique de la roche, peut aussi être une approximation suffisante. En outre, ce dernier type de problème se prête à priori bien à des stratégies de réduction numérique par bases réduites. Ainsi, on dispose d'une stratégie de simulation rapide par couplage et réduction numérique de modèles.

Numerical simulation is essential to model flow in porous media and in particular to study underground storages of CO2 or H2. It indeed allows one to test different scenarii by simulating coupled physical mechanisms stemming from various domains (geology, geochemistry, flow and soil mechanics...) The costs of the calculations can however be quite large. This cost is partly due to the dimensions of the space domain. Indeed, this area should often be extended beyond the zone of interest by lack of knowledge of the boundary conditions or to quantify the impact of the storage on the nearby environment. Besides a simulator is often implemented so that it only uses one single model for the whole time-space domain. Yet, the same effort in the calculations is not necessarily required everywhere. A simplification of the initial physical model can be considered within the surrounding aquifers and in the over- and under-burdens, for instance. A single-phase flow coupled to a poro-elastic rock behaviour may then be sufficient. On the other hand, this last type of problem is a-priori well suited to reduction strategies like reduced bases. This thus provides a strategy of fast simulations by means of coupling and reduction techniques of physical models.