Géosciences et environnement : les enjeux du stockage géologique

Le stockage géologique est un domaine d’expertise des centres de recherche des écoles de l’Institut Mines-Télécom. A l’occasion du colloque Ressources naturelles et environnement qui s’est déroulé le 5 et 6 novembre 2014 à l’Institut Mines-Télécom, Vincent Lagneau, directeur adjoint du centre de recherche en géosciences de Mines ParisTech, est intervenu en conférence plénière sur la thématique « Stockage souterrain et recyclage ». Il a présenté les intérêts et les enjeux de la R&D sur le stockage en milieu géologique.

 

Il est possible de stocker gaz, liquides ou déchets sous nos pieds, que ce soit dans des cavités minées, creusées par l’homme, ou dans la porosité de formations géologiques naturelles. En France, nous stockons déjà le gaz naturel depuis 60 ans. « Le sous-sol offre deux perspectives intéressantes pour le stockage : l’espace et la durée. » Les volumes souterrains disponibles permettent le stockage de quantités gigantesques, par exemple de CO₂. Et le temps de stockage doit s’étendre sur une période comprise entre 1 000 et 10 000 ans pour le CO₂, et entre 100 000 et 1 million d’années pour les déchets radioactifs. « On n’a aucun exemple de construction humaine qui dure aussi longtemps. Par contre, on a des exemples d’objets géologiques qui sont bien plus vieux que ces objets-là. »

 

Comprendre les impacts et créer des modèles prédictifs fiables

« La difficulté par derrière c’est qu’on va manipuler, perturber le sous-sol avec nos stockages, et il va falloir démontrer sur le très long terme que ces stockages sont pérennes et qu’ils n’ont pas d’impact sur le reste de l‘environnement. » Or, si les études sont nombreuses, elles restent limitées dans leur durée : les plus longues durent de 10 à 20 ans et elles sont très rares. « Il y a un gros challenge scientifique et technique de compréhension des mécanismes, » afin de pouvoir extrapoler le devenir des sites de stockage très loin dans le temps. Des équipes pluridisciplinaires s’attachent à décoder les processus à l’œuvre sur les lieux de stockage, que ce soit pour les déchets radioactifs à Mines ParisTech, Mines Douai et Mines Nantes, ou des gaz acides comme le CO₂ à Mines Saint-Etienne. Ils établissent ensuite des modèles mathématiques prédictifs, permettant de déterminer leur impact, d’extrapoler les données observées in situ et d’optimiser les opérations de stockage.

 

Les défis du stockage des énergies renouvelables

Des évolutions récentes dans le domaine du stockage viennent bouleverser la conception actuelle du stockage souterrain. Avec le développement des énergies renouvelables, la société va devoir faire face à un problème d’adéquation de l’offre et de la demande d’électricité : une éolienne ne produit que lorsqu’il y a du vent et pas quand on a besoin d‘électricité. Face à ce problème de stockage de l’énergie, le sous-sol peut là-aussi donner quelques pistes intéressantes : « On peut faire du stockage en transformant l’électricité en gaz naturel, qu’on pourra ensuite brûler dans une centrale thermique classique. Les écoles des Mines font également des travaux sur le stockage d’énergie par air comprimé. »

Dans ce cas de figure, on n’est plus dans du stockage de masse et de longue durée. La cavité se remplit et se vide au rythme de la production et de la consommation énergétique. En conséquence, « on va solliciter le stockage à très haute fréquence. » Une problématique complètement différente, qui oblige les chercheurs à réfléchir autrement sur les stockages. « Sur les cycles qu’on est en train d’imaginer, on va devoir injecter fortement pendant les quelques heures de production, ce qui pose des problèmes mécaniques. » C’est pourquoi des spécialistes de toutes les sciences de la terre – chimie, géologie, hydrogéologie, géomécanique – se sont associés dans les centres de recherche des écoles pour comprendre les impacts de ces modalités de stockage nouvelles et modéliser leur évolution sur le long terme.

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