EA 4592 G&E Influence du CO2 sur la résistivité électrique complexe d’une carotte de calcaire Oligocène Directeurs de thèse : Olivier LE ROUX, Adrian Cerepi (Décembre 2013 - Décembre 2016) Journée des Doctorants : 06 mars 2015

Mesures électriques complexes: Principe Mesures électriques complexes: 1)Mesure de la partie réelle :résistance R et d’une partie imaginaire: réactance X de l’impédance Z Z*=R+IX Gamme: 20 Hz-2 MHz 2) A partir de ces mesures on calcule les Resistv., conductiv., const. Dielectrq et angle de phase Θ=atan(X/R) par simple multiplication avec le facteur géométrique de l’echantillon

3) Dépendance de Z avec f liée aux effets géométriques des particules argileuses, à la lithologie de la roche, à des phénomènes électrochimiques ou à l’effet de l’interface fluide-fluide, D’où difficulté d’expliquer les fortes variations aux basses fréquences et les faibles variations aux hautes fréquences. comportement classique de Z=f(f), 3 Zones distinctes Z diminue avec l’augmentation de Sw pour les basses fréquences; hautes fréquences ?

Facteurs: Saturation, temperature non controlées sur terrain INTRODUCTION BUT de l’ETUDE Meilleure compréhension du processus de diffusion du CO2 dans la zone vadose. Facteurs: Saturation, temperature non controlées sur terrain à l’aide de L’analyse et le suivi temporel des réponses électriques à l’excitation d’un échantillon de calcaire oligocène supérieur avant et après injection de ce gaz à l’echelle de la carotte.

Désaturation sous pression de l’échantillon avec Gaz inerte (N2) Expérience Référence Désaturation sous pression de l’échantillon avec Gaz inerte (N2) Comment le seul facteur saturation affecte l’évolution temporelle des différents paramètres physiques mesurés dans la gamme de fréquence (20 HZ-2 MHZ) (resistiv., conductiv., const. dielec, dephasage….) 2) Pour les mêmes saturations que l’éxperience de référence et pour une concentration donnée du CO2 voir comment évoluent les paramètres cités précédemment.

METHODOLOGIE Fig 2 Fig 1 Echantillon de calcaire (phi=24.65%) 1) désaturér (supprimer les saturations précédentes sur terrain) 2) saturér sous vide 3) cellule de Hassler pour désaturation progressive sous pression avec mesure de la résistivité électrique complexe à 2 électrodes (impedancemètre 20 Hz-2MHz, pour des saturations successives. Fig 2 Fig 1

Résultats de l’éxperience référence: Problème d’ordre systématique . Comportement anormale de la dépendance impédance –fréquence pour de fortes saturations; (problème d’ordre systématique) *lié probablement aux mauvais contactes des électrodes avec l’échantillon (rugosité). * non uniformité de la distribution de l’électrolyte dans la roche pour de fortes saturations.

Fig 3

Examen individuel des digrammes d’Argand la polarisation des électrodes (aux basses fréquences) masque les propriétés du matériau. les diagrammes d’Argan indique la limite de cet effet gênant, (parties imaginaires comme fonctions des résistances réelle). La forme classique est un demi-cercle (propriétés du matériau) suivi d’une partie linéaire qui reflète la polarisation des électrodes.

quelques exemples (correspondants aux diverses saturations) Influence des saturations sur la gamme de fréquence dans laquelle le phénomène de polarisation des électrodes intervient (remarquer le rétrécissement des gammes de fréquences correspondantes a la linéarité de la courbe). Les courbures des arcs secondaires suggèrent l’existence de différents types de conduction

Fig 4

Dépendance des Fréquences critiques de la saturation les figures 5 Dépendance des Fréquences critiques de la saturation les figures 5.a, 5.b, 5.c * décalages du point d’inflexion, qui correspond à la fréquence critique séparant la polarisation des électrodes des propriétés du matériau constituant l’échantillon dans des sens opposés pour les faibles et fortes saturations, *suggérant que les électrodes se polarise différemment aux fortes et faibles saturations (temps de polarisations varient avec la saturation) .

Fig 5.a

Fig 5.b

Fig 5.c

utilité de cette courbe: savoir quelle gamme spécifique de fréquences on utilise à chaque saturation pour éviter l’effet de la polarisation des électrodes.

Fig 6

Fig 6

Fig 7. courbe de déphasage en fonction de la saturation; vraisemblablement existence de deux types de conductions l’une ionique (c’est le déplacement des ions dans la couche diffuse ) dominant aux hautes fréquences, l’autre de surface (du à la perturbation de la couche de Stern par le champ alternatif appliqué.) dominant aux basses fréquences.

Fig 8

Donc deux indices de saturations distincts figure 8. représente les résistivités réelles en fonction de la saturation pour différentes fréquences (gamme comprenant les hautes et basses fréquences). On peut noter: Deux gradients distincts qui peuvent correspondre à deux milieux fluides l’un plus lié que l’autre. Donc deux indices de saturations distincts

Pour les basses fréquences; on remarque le comportement inhabituel de la diminution de la résistivité (impédance aussi)avec la diminution de la saturation. comportement probablement du qu’à une certaine saturation, l’interface eau/air n’est plus continu à travers tout l’échantillon.

Injection du CO2 Résultats preleminaires obtenus après injection de CO2 avec une concentration de 5% Effets visibles sur: 1)Tendance des courbes des indices de résistivités comme fonctions des fréquences (fig 9.a) Fig 9.a

2) décalages horizontaux et verticaux des diagrammes d’Argand Fig 9.b

Fig 9.c

3) décalages des courbes des fréquences critiques et des fréquences Fig 10.a

Décalages des fréquences de polarisation interfaciales Fig 10.b

d’autres expériences avec à des concentrations plus ou moins élevées permettraient d’avoir une meilleure vision de l’effet de la concentration du CO2

CONCLUSION-PERSPECTIVES 2) Effet d’injection d’un autre gaz Les points suivants méritent de faire l’objet d’une (des) future(s) étude(s). d’autres expériences avec à des concentrations plus et moins élevées permettraient d’avoir une meilleure vision de l’effet de la concentration du CO2 2) Effet d’injection d’un autre gaz

3) Effet de de la nature et de la lithologie de la roche 4) Effet de la porosité (perméabilité) 5) Etendre la gamme de saturations aux valeurs plus faibles qui contiendraient d’importantes informations

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