5. Typologie du stockage souterrain
A cause de l'histoire géologique de la Tunisie, la
multiplicité des phases tectoniques ainsi que les dépôts
qui s'échelonnes de roches sédimentaires jusqu'aux volcaniques.
Ceci implique des méthodes différentes pour le creusement des
cavités danse les rochers. Des formations de sel, comme condition
préalable pour l'établissement des cavités de sel. Le sel
se ren-
contre au nord du pays sous forme de dômes
halocénitique (dans la majorité des cas) et au sud sous forme de
strates. L'établissement éventuel d'installations de stockage
souterrain est favorisé par la géologie tunisienne.
Il faut vérifier et confirmer la qualification des
formations géologiques, sel, roche ou aquifère ; par une
investigation géologique des emplacements choisit .Le sel à forer
; soit comme sel stratifié, soit dans la configuration
halocénitique, doit se présenter avec un caractère
homogène, une résistance aux contraintes suffisante et une
profondeur favorable.
Les stockages établis dans le sel montrent, en
raison de la plasticité du matériel, une
étanchéité idéal. La roche se rencontre sous forme
de roche éruptive ou sédimentaire. Les conditions pour
l'établissement des stockages dans la roche sont : un crevassement
minimal et une stabilité suffisante, mais au contraire pour les
aquifères, il faut une perméabilité et un volume
interstitiel suffisants.
Les cuves souterraines sont creusées par forage
(cavités dans la roche) ou établis par lessivage (cavités
dans le sel) (Fig.6). Ils sont en fonction de plusieurs paramètres
citant par exemple: la profondeur, la forme et la dimension dont
dépendent la roche et éventuellement des conditions
spécifique du produit.
Figure 6: Cavité dans le
sel.
Cette méthode de construction permet,
l'établissement de grandes cavernes avec un meilleur rapport de prix.
Les stockages dans le sel présupposent des possibilités
d'évacuation de
la saumure produite par lessivage. Ils montrent aussi une
étanchéité absolue, mais les cavités dans la roche
ont besoin de mesures supplémentaires pour leur établissement,
leur maintien et la condition de contrôle de
l'étanchéité ; en raison de la nature de la roche et de sa
genèse.
L'exploitation des cavernes, et en particulier
l'évacuation du produit stocké, se font par des pompes
immergées ou encore, par déplacement de la saumure cas de
cavités dans le sel. Pour cela, il est recommandé de construire
un bassin de saumure à la surface (présentation at Gazteh 82 by
prof. Dr Ulf E. Lindblom, Hagconsult, Sweden).
Lorsqu'il s'agit du gaz naturel, les cavités de sel
se révèlent, sous certaines conditions parfaitement convenables,
il en est de même des structures aquifères ou pour les gisements
épuisés de pétrole et de gaz.
La sécurité du produit stocké
étant déjà assurée au moyen du stockage souterrain.
Les installations en surface pourraient être également, en cas de
nécessité, établis sous terre dans des constructions
protégées. A l'exception du bassin de saumure, déjà
mentionné si dessus, toutes les installations en surface (pompes,
technique du contrôle et de mesure) ne demande qu'une superficie
très réduite.
Le stockage peut être réalisé dans
plusieurs niveaux du sous-sol, mais le stockage dans les aquifères et
les anciennes mines est rare malgré son existence car il présente
beaucoup de difficultés sur le plan technique et géologique.
(Fig.7)
Recherche de sites de stockage de gaz au Nord -Est de la
Tunisie
2009
Figure 7: Dispositif de stockage dans un
aquifère (Universalis X).
Certains produits exigent des critères bien
déterminés pour être stockés, par exemple prenant le
cas des hydrocarbures liquides, ce produit ne peut être stocké que
dans les cavités rocheuses salines en présence des
caractéristiques suivantes :
· Une profondeur adéquate de la formation saline
ou bien rocheuse.
· Une qualité adéquate soit de la roche
dure ou bien du sel.
· Un emplacement stratégique en fonction des
raffineries, des zones industrielles et ur-
baines. (fig.8)
Figure 8: Courbes conditions physiques et typologie
du stockage sous- terrain pour le GPL
(METHODS OF
UNDERGROUND LPG STORAGE by Dr Ulf E.Lindblom, Hagconsult, Sweden).
5.1. Principe de stockage du gaz dans les cavités
rocheuses
Cette technique de stockage se fait dans les granites,
les gneiss, les schistes et les calcaires. Dans ce cas, on installe les poches
de stockages à une profondeur de 30 à 200m au maximum. A une
profondeur bien déterminée, dans les fractures, le gaz est soumis
sous l'action des forces de pression externes et internes. (Fig. 9)
Recherche de sites de stockage de gaz au Nord -Est de la
Tunisie
2009
Figure 9: Forces agissantes sur la cuve du gaz dans
les fractures de la roche.
Avec
P1, P2 : pression de l'eau
Pg1, Pg2 : pressions du gaz
Pc1, Pc2 : pressions capillaires
äw, äg : densité gaz, eau
L : longueur de la cuve
h : hauteur capillaire (capillaire height)
C : coefficient
Si on considère l'état d'équilibre
lorsque la cuve n'est pas encore remplis de gaz. Les équations
àt=0 suivantes sont valides :
P2 + P = Pg2
P1 + P C1 = Pg1
(P1 - P2)+ (Pc1- P)= Pg1 - Pg2 or à t=0 Pg2 =0
P1 - P2 = Pg1 (Forces en équilibre) relation
(1)
P1 - P2 = äw g (1-L) (écoulement) relation
(2)
Pc1 + Pc2 = äw g C h (capillarité) relation
(3)
En résolvant ces équations, le gradient
exigé peut être écrit comme suite:
[I = 1 - (?? h) 1 - (?? h)
?? ] relation (4)
??-(????
????)
(METHODS OF UNDERGROUND LPG STORAGE by Dr Ulf E.Lindblom,
Hagconsult, Sweden).
En étudiant les critères hydrauliques de
l'étanchéité, la relation (4) met en exergue une
cavité très étirées (L>> c h). Dans ce cas le
risque de rupture augmente. Ce risque est en accord avec les observations de
cavités touchées par des fuites gazeuses induisant ainsi des
bulles sous forme des gants « fingerlike ».
Cependant, les résultats des calculs
théoriques montrent par conséquent de concevoir des
cavités de stockage avec un gradient hydraulique supérieur
à 1. Ce qui veut dire que le quotient de la différence de charge
hydraulique entre deux points d'un milieu poreux saturé, sur une
même ligne de courant, par la distance les séparant sur cette
ligne de courant doit être
supérieur à 1. (Fig.10)
Recherche de sites de stockage de gaz au Nord -Est de la
Tunisie
2009
Figure 10
Ainsi, l'expérience a montré que c'est
impossible de saturer une masse rocheuse. Les fuites du gaz se font par des
fissures existant dans la roche. Pour que les fissures ne soient jamais
égouttées, l'eau doit être infiltrée dans la masse
de la roche pendant les opérations minières. Gela est fait par un
système de trous forés parallèles (drillholes). Ainsi,
l'eau est pompée de façon continue dans ces trous
(Fig.11).
Figure 11: Critères de conception pour un
système de lame d'eau au dessus d'une caverne de
GPL.
(METHODS OF UNDERGROUND LPG STORAGE by Dr Ulf
E.Lindblom).
Ce type de stockage est contrôlé pas des
conditions spécifiques dont le but d'aboutir aux bons
résultats.
En effet, dans le cas d'une nappe avec écoulement
ou bien absence total d'eau, il est exigé de procéder à un
revêtement. Ces conditions spécifiques de la roche et son
imperméabilisation (avec drainage et contrôle de fuite de produit
additionnel) offre une meilleure condition de stockage, soit pour le produit
stocké ou pour l'environnement.
5.1.1 Stockage réfrigéré
Ces installations sont localisées à une
profondeur relativement faible. Le stockage du GPL
dans les cavernes de mines a été beaucoup
utilisée pendant des années ; tel l'exemple des installations
suédoises pour propane à -400C dans les granite,
réalisée en 1965.
La présence deau dans les formations avoisinantes
est souhaité, puisque cette eau en état
réfrigéré garantie l'étanchéité de la
cavité mais, les baisses de températures du produit
entreposé causeront la migration de la chaleur dans la roche
environnante. Afin que cela ne crée une augmentation considérable
de la pression, un cycle de la réfrigération doit être
réalisé. Le choix du site devient très important. Les
zones fracturées doivent être évitées, pour ne pas
dépenser une énergie considérable dans le refroidissement
d'une part, d'autre part les ré-
seaux de fractures par les quels peu suinter l'eau et par
suite se geler par un échange thermique ceci qui représente un
handicape pour ce type de stockage.
D'autre part le refroidissement a pour effet
l'augmentation du la pression tensionnel ce qui réactivera les fractures
dans la roche qui a tendance à s'ouvrir. Les raisons mécanique de
la roche appel à éviter les secteurs ou les failles s'entre
croisent.
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