Prsentation PowerPoint

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FORPRO II-
?

• compréhension des mécanismes de transferts (eau,
  gaz, solutés) à travers des formations peu
  perméables
• utiliser de manière convergente sur une même
  cible
• la connaissance 3D géologique, pétrographique,
  sédimentologique, minéralogique, physique des
  formations
• les propriétés de transferts et laptitude des
  fluides (eaux, gaz) ou de leurs solutés à migrer
  étudiée expérimentalement à la fois au
  laboratoire et in situ
• la prédiction numérique des propriétés de
  transferts déduites du comportement mécanique et
  physique des roches sous leffet des
  modifications des champs de pression, température
  et de gradients chimiques

objectifs généraux
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Site de Meuse-Hte Marne intérêt pour le CNRS
sans équivalent sur le sol français seul
chantier permettant daller ausculter des
formations profondes encore non perturbées, ou
peu perturbées (galerie, forage)

• progrès aux interfaces entre les différentes
  disciplines
• - représentation des caractéristiques des
  formations profondes (aquifères, et formations
  imperméables) du point de vue de la lithologie,
  de la minéralogie et des propriétés physiques,
• - acquisition de données quantitatives sur la
  perturbation des milieux profonds sous leffet
  mécanique, thermique et géochimique,
• - détermination des propriétés de transferts par
  lauscultation in situ ou au laboratoire des
  migrations de traceurs (mesure in situ de la
  migration des gaz par exemple).
• -processus contrôlant les transferts en couche
  profonde et en subsurface (relation avec les
  exutoires superficiels (sols, aquifères).

objectifs généraux
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• gtgt refocaliser l activité sur des aspects
  fondamentaux en accord thématique avec les
  grands objectifs de lAndra dans les domaines des
  Sciences de la Terre soutenus par lINSU
• Privilégier le caractère innovant des approches
  analytiques, expérimentales ou de modélisation
• - Action multi-laboratoires Observatoire
  multidisciplinaire de lEDZ caractérisation des
  gaz rares, de létat bactérien, des perturbations
  oxydantes et texturales
• - Action 2007- V  Imprégnation de la
  fracturation de paroi des zones excavées par
  résine à Bure Analyse de la microfractration
• - 2008-V Influence de l'hydratation sur
  l'organisation multi-échelle du réseau poreux et
  du squelette minéral des argiles gonflantes.
  Porteur Dimitri Prêt (Hydrasa, Poitiers)
• 2008-VI Suivi spatio-temporel de l'EDZ dans le
  laboratoire souterrain du Mont Terri dans les
  zones instrumentées EZG04 et EZG08. Porteur
  Dominique Gibert (IPGP)
• (tomographie électrique , acoustique, )

objectifs généraux
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Axes de FORPRO II
Axe 1- Lhistoire passée (géologique,
hydrogéologique, structurale) des formations
géologiques de lEst du bassin de Paris, et son
impact sur la répartition des propriétés
minéralogiques, géochimiques et pétrophysiques-
Programme potentiel de lappel doffres pour le
sondage profond et la campagne de sondages Axe
2- Etat, statut, origine de leau dans les
formations peu perméables, et effets sur la
rhéologie des marnes et leur déformation,
évolution et effets retour lors de perturbations
thermo-hydro-mécaniques Axe 3- Effets
thermiques Axe 4- Migration des gaz dans les
roches argileuses Axe 5  Role des bactéries en
conditions extrèmes (température,pH,
irradiation, enfouissement, )
Axes de recherche
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Transferts en milieu géologiquede léchantillon
à la formation
m2/g
m2/g
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Dispositif Expérimental dEquilibration de Gaz
Expérimentation PAC (Laboratoire souterrain de
Meuse, Haute Marne)
Forages verticaux en zone saturée (PAC) Analyses
des eaux (A. Vinsot) Suivi de la production des
gaz (ANDRA, thèse C. Cailteau)
Forages horizontaux Observatoire de ledz (autre
galerie) (ANDRA-FORPRO) caractérisation de la
zone désaturée, état de leau, Gaz rares,
distribution de la porosité
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Microstructures, hydratation des argiles et
évolution des propriétés hydromécaniques dans les
milieux poreux
gt Transfert réactif dans le milieux poreux
complexes et déformables
Bentonite MX-80 (ds 1.4) (coll HydrASA)
Argilite Callovo-Oxfordien (Hydrasa)
0,5 mm
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Microstructures, hydratation des argiles et
évolution des propriétés hydromécaniques dans les
milieux poreux
Etat sec Adsorption dazote à 77K Diffusion de
neutron aux petits angles et porosimétrie
mercure. Etat hydraté Adsorption de vapeur
deau nométrie Tomographie X Diffraction et
diffusion de Neutron aux petits angles Coll.
HydrASA, ILL, SLS, ANDRA
18 Å (3 couches deau)
15 Å (2 couches deau)
Données LEM-Nancy
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Equilibres/déséquilibres chimiques dans les marnes
Particule/pore
Micro et macro pores quelle proportion deau
libre ?
HCO3- p CO2
Ca 2
Mg 2
Hydratation des cations interfoliaires
Carbonates Calcite, dolomite Squelette carbonaté
pH
Na
K
Silicates Feldspaths Micas s.l. Sm, Ill Quartz,
cristobalite argiles kaol, chl, ..
Anions carbonates, Cl, Br, sulphates
Si, Al
f( P, V, T)
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Transferts (eau, gaz), étude des propriétés de
transport en fonction des processus
dhydratation-gonflement-retrait
prise en compte, à laide des outils et
méthodes de la micromécanique, de linfluence de
la microstructure (hétérogénéités, morphologie de
lespace poreux ) sur les propriétés
macroscopiques mécaniques, thermiques, hydriques
et chimiques
Texture, modèles micromécaniques
Schéma F. Homand Laego
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Mesure in situ des gaz autochtones - Thèse C.
Cailteau (G2R, LEM ) encadrants J. Pironon, P.
de Donato, A. Vinsot (ANDRA)
Capteur infrarouge en ligne
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Comparaison des Courbes de Transfert du CO2 et du
CH4
Expérience PC-C Laboratoire souterrain du Mt
Terri Cycle 3
IR pCO2
IR pCH4
CO2 par CPG
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Caractérisation de lEDZ par létude des gaz
rares Profil dHe radiogénique en fonction de la
profondeur B. Lavielle, CNAB, action FORPRO
diffusion de lhélium par des réseaux de
microfractures au sein de largilite
concentrations He très faibles jusquà 90 cm (60
cm dargile) - zone très altérée augmentation
rapide de la concentration en fonction de la
profondeur dans la zone endommagée jusquà 2 m
(1,70 cm dargile). concentration He 600
10-7 cm3 STP/g deau porale dans la zone non
altérée (gt 2 m) mise en place du profil en
quelques semaines et pratiquement plus
dévolution sur 12 mois (régime déquilibre)
profil He très similaire au Mont Terri dans la
zone altérée
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Formulation du Modèle Diffusion-Advection
(Thèse C. Cailteau, coll. G. Radilla, LEMTA)
Définition
CCH4
Q débit de leau (ml/j)
V( r ) Vitesse radiale de leau
CCH4(r,t) concentration en CH4
Avec
L
D coefficient de diffusion De coefficient
efficace de diffusion
   
   
CCH4(r0, t) 0
r0
0
r
r?
Eau porale accumulée
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• Exemple de modélisation Cycle 1 PAC1002 (- 490
  m)

Obtention dune gamme de concentration de CH4
dissous dans leau porale de la formation non
perturbée
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Conclusions

• Concentrations en gaz dissous
• Argiles à Opalinus (Mt Terri) ? CH4 3,06 et
  14,23 mg.L-1
• Marnes argileuses de Bure ? CH4 0,36 et
  1,28 mg.L-1 à 445 m
  et entre 0,56 et 1,55 mg.L-1 à 490 m
• milieu naturel fluide monophasique dominant
• coefficients de diffusion des gaz
• 5.10-11 à 5.10-12 m2.s-1
• mécanismes de transferts des gaz après forage
• CH4 diffusion-advection-rétention
• CO2 réactivité chimique et diffusion-advection
• source et origine des alcanes légers
• Origine intra-formationnelle des alcanes possible
• Pas dexclusion dune origine extra-formationnelle
  à ce stade

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EVOLUTION DE LINTERFACE ARGILITE FER METAL cas
de largilite de Bure
PRODUITS DE CORROSION DES PLAQUES DE FER
Golfes de corrosion ACCUMULATION POTENTIELLE DE
BULLES DE H2
10 mm
Fe-Si-O
150C H2O
Fe-Si-(Al)-O
Dissolution des argiles gtgtgtphases secondaires
Fe-O
Instabilité de H2O
Transport de Fe2
230 mm
H2
Back scattering electron view
Fer
corrosion
Plaque de Fer en coupe
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Ateliers FORPRO 1- Atelier Etat, statut, origine
de leau dans les argiles et les formations peu
perméables  implications pétrophysique et
thermo-hydro-mécanique (18 Novembre 2007)
PARIS-FORPRO Préalable à lappel doffres AO
2008-1- clôture 15 Janvier, 2- Atelier
Perturbations anthropiques en site géologique
profond (température, état bactérien,
physico-chimie, propriétés de transferts) 20
Juin 2008- FORPRO Préalable à lappel doffres AO
2008-2 3- Atelier suggéré pour le 1er trimestre
2009 Rôle et la nature des gaz autochtones ou
produits par les Interactions fluides-matériaux,
diffusion des gaz et interactions avec les
matrices minérales Animation J. Pironon
(FORPRO) et animateur Momas