Offre de thèse
RGE-Carnot Etude expérimentale de l'impact des sollicitations thermo-mécaniques sur la perméabilité au gaz du sel
Date limite de candidature
01-03-2024
Date de début de contrat
01-03-2024
Directeur de thèse
GRGIC Dragan
Encadrement
Collaborations et suivi régulier avec réunion mensuelle pour faire le point sur les avancées du travail du doctorant, identifier les points de blocages éventuels et déterminer les moyens de les surmonter. Mise en place d'un comité de thèse constitué d'experts indépendants afin d'assurer un regard critique et extérieur sur l'avancement et le niveau scientifique du travail fourni.
Type de contrat
école doctorale
équipe
Hydrogéomécanique multi-échelles (Axe GéoModèles)contexte
A l'heure actuelle, l'hydrogène est considéré comme une source d'énergie renouvelable offrant des perspectives prometteuses, qui devrait être capable de compléter les énergies fossiles dans un futur proche. Le stockage géologique d'hydrogène gazeux dans des cavités salines est considéré aujourd'hui comme la solution la plus économique et la plus fiable, garantissant d'importants volumes disponibles, une stabilité et une étanchéité à long terme. Le principe du stockage géologique de l'hydrogène est basé sur l'expérience acquise avec le gaz naturel (méthane), couramment utilisé pour fournir un approvisionnement saisonnier. Si aucun incident notable n'a été à déplorer, l'utilisation future envisagée pour le stockage d'H2 pourrait être une expérience très différente, notamment du fait de la grande mobilité de la molécule H2 et des cycles plus fréquents d'injection et de soutirage de gaz. Ces conditions de fonctionnement extrêmes, qui induisent des contraintes Thermo-Mécaniques (TM) plus élevées sur les cavernes de sel, pourraient initier le développement de zones fracturées et ainsi impacter négativement les propriétés de transport et donc potentiellement causer des fuites.spécialité
Mécanique - Génie Civillaboratoire
GeoRessources
Mots clés
Sel, Endommagemment, Cavité souterraine, Perméabilité au gaz, Température, Fatigue
Détail de l'offre
A l'heure actuelle, l'hydrogène est considéré comme une source d'énergie renouvelable offrant des perspectives prometteuses, qui devrait être capable de compléter les énergies fossiles dans un futur proche. Le stockage géologique d'hydrogène gazeux dans des cavités salines est considéré aujourd'hui comme la solution la plus économique et la plus fiable, garantissant d'importants volumes disponibles, une stabilité et une étanchéité à long terme. Le principe du stockage géologique de l'hydrogène est basé sur l'expérience acquise avec le gaz naturel (méthane), couramment utilisé pour fournir un approvisionnement saisonnier. Si aucun incident notable n'a été à déplorer, l'utilisation future envisagée pour le stockage d'H2 pourrait être une expérience très différente, notamment du fait de la grande mobilité de la molécule H2 et des cycles plus fréquents d'injection et de soutirage de gaz. Ces conditions de fonctionnement extrêmes, qui induisent des contraintes Thermo-Mécaniques (TM) plus élevées sur les cavernes de sel, pourraient initier le développement de zones fracturées et ainsi impacter négativement les propriétés de transport et donc potentiellement causer des fuites. Dans ce contexte, une utilisation sécurisée des cavités pour ce vecteur d'énergie propre et durable reste encore à démontrer. Ainsi, les objectifs de la thèse sont de :
i. caractériser l'impact de la fatigue dynamique (mécanique et thermique), liées aux conditions de cyclage, sur la perméabilité du sel,
ii. estimer la contribution des différents mécanismes de transport (diffusion, perméation) et de déformation (endommagement, viscoplasticité, auto-guérison) sur les fuites d'H2,
iii. déterminer la formation salifère la plus appropriée pour un tel type de stockage.
L'impact de la fatigue mécanique et thermique dynamique sur l'endommagement et la perméabilité au gaz (azote) du sel sera étudié en cellule de compression triaxiale en appliquant des chemins de chargement thermo-mécaniques sur des éprouvettes cylindriques (de grandes dimensions compte tenu de la grande taille des cristaux de sel). Des températures (jusqu'à 100 °C) et contraintes élevées seront imposées aux éprouvettes de sel et les déformations associées seront mesurées en continu. La porosité et les fissures associées à l'endommagement seront quantifiées initialement et après essai par Tomographie 3D aux rayons X.
Keywords
Salt, Damage, Underground cavern, Gas permeability, Temperature, Fatigue
Subject details
At present, hydrogen is considered as a renewable energy source with promising prospects, which should be able to complement fossil fuels in the near future. The geological storage of gaseous hydrogen in salt caverns is considered today as the most economical and reliable solution, guaranteeing large available volumes, stability and long-term sealing. The principle of geological hydrogen storage is based on experience with natural gas (methane), commonly used to provide seasonal supply. While there were no notable incidents, the future use envisioned for H2 storage could be a very different experience, especially given the high mobility of the H2 molecule and the more frequent cycles of injection and gas withdrawal. These extreme operating conditions, which induce higher Thermo-Mechanical (TM) stresses on the salt caverns, could initiate the development of fractured zones and thus negatively impact the transport properties and therefore potentially cause leaks. In this context, a secure use of cavities for this clean and sustainable energy vector remains to be demonstrated. Thus, the objectives of the thesis are to: i. characterize the impact of dynamic fatigue (mechanical and thermal), linked to cycling conditions, on rock salt permeability, ii. estimate the contribution of different transport (diffusion, permeation) and deformation (damage, viscoplasticity, self-healing) mechanisms on H2 leaks, iii. determine the most appropriate rock salt formation for such a type of storage. The impact of mechanical and thermal dynamic fatigue on the damage and gas (nitrogen) permeability of rock salt will be studied in a triaxial compression cell by applying thermo-mechanical loading paths on cylindrical specimens (large dimensions taking into account of the large size of the salt crystals). High temperatures (up to 100°C) and stresses will be applied on the rock salt specimens and the associated deformations will be measured continuously. The porosity and cracks associated with the damage will be quantified initially and after testing by 3D X-ray tomography.
Profil du candidat
Base solide en mécanique des milieux continus, mécanique des roches, transferts en milieux poreux, physique des roches. Des connaissances en géomatériaux seront appréciées. Le goût et intérêt pour les expérimentations en laboratoire sont indispensables. Motivation et esprit d'initiative, capacité de travailler en équipe.
Candidate profile
Solid basis in continuum mechanics, rock mechanics, transfers in porous media, rock physics. Knowledge of geomaterials will be appreciated. The taste and interest for laboratory experiments are essential. Motivation and initiative, ability to work in a team.
Référence biblio
Grgic, D., Al Sahyouni, F., Golfier, F. Moumni, M. & Schoumacker, 2022. L. Evolution of gas permeability of rock salt under different loading conditions and implications on the underground hydrogen storage in salt caverns. Rock Mechanics and Rock Engineering, 55(1):1-24.
Coarita-Tintaya, E.-D., Golfier, F., Grgic, D., Souley, M. & Cheng, L., 2023. Hydromechanical modelling of salt caverns subjected to cyclic hydrogen injection and withdrawal. Computers and Geotechnics, 162.