FR2924811A1 - Systeme de surveillance d'une formation de stockage de gaz - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de surveillance d'une formation souterraine contenant au moins un gaz (14), comportant au moins un dispositif muni de moyens de captage (1) du gaz, lesdits moyens de captage étant enfouis dans le sol, des moyens de transfert de gaz entre lesdits moyens de captage (1) et des moyens de contrôle d'une fuite de gaz positionnés en surface et adaptés à mesurer au moins un des paramètres suivants : le flux du gaz capté, la composition du gaz capté.L'invention concerne également une méthode mettant en oeuvre ce système.

Description

La présente invention concerne le domaine de la surveillance de gaz émis par le sol et le sous sol, et plus particulièrement la surveillance du stockage géologique de CO2 ou de gaz naturel. 10 Dans le cadre de stockage géologique de gaz ou d'hydrocarbures, il est très important de s'assurer de l'absence de fuite vers l'atmosphère, et surtout de déterminer l'origine du gaz lorsqu'il y a des fuites. Cela concerne tout particulièrement le stockage géologique du CO2 dont l'objectif principal est de 15 limiter et/ou réduire la teneur atmosphérique de ce gaz. Pour cela, on connaît différentes techniques, telles que les méthodes de surveillance par campagne sismique, par gravimétrie, par radar.... Ces méthodes ne permettent cependant pas de suivre avec précision le CO2 injecté. Les modifications de résultats ne sont pas forcément liées à un mouvement de gaz. II 20 n'est pas possible non plus de déterminer l'origine du gaz susceptible de fuir. Il est donc nécessaire de mettre en place des dispositifs de surveillance et de mesure capables de suivre l'évolution du flux et de la composition (moléculaire et isotopique) des gaz provenant du sol et du sous sol. Cela permet de s'assurer que le gaz stocké, par exemple le CO2, ne quitte pas le réservoir et la pile 25 sédimentaire pour rejoindre l'atmosphère. II faut pour cela vérifier de façon fiable les flux surfaciques à proximité des points sensibles, tels que les aplombs de failles et les abords de puits, mais aussi les fuites diffuses. Pour y parvenir, plusieurs problèmes doivent être résolus: 15 Le flux entre l'atmosphère et le sol est la somme de plusieurs composantes : les échanges sol/atmosphère, l'activité biologique du sol, les flux émanant du sous-sol. Les échanges sol/atmosphère sont très dépendants de la nature du sol, de la saison, de son hygrométrie, des conditions météorologiques. L'activité biologique du sol dépend de la nature du sol, de la saison, de la présence de pollution. L'accès au flux gazeux issus du sous-sol doit donc être réalisé en s'affranchissant au mieux des échanges sol/atmosphère et de l'activité biologique. A titre d'exemple, une fuite diffuse de 1 cm-3.m 2.min-1 sur une surface de 10 km2 représente une fuite d'environ 10 000 tonnes de CO2 par an. C'est pourquoi, il est important de développer une méthode sensible permettant de différencier le flux provenant du stockage du flux naturel. La mesure globale de flux émanant du sous sol d'un site de stockage doit se faire à partir d'échantillons représentatifs. Étant donné qu'il est impossible avec les techniques actuelles d'effectuer une mesure globale, le recours à une stratégie d'échantillonnage est nécessaire. La mesure de flux surfacique devra donc s'appuyer sur des échantillons de surface acceptable afin de moyenner les hétérogénéités de production de gaz à petite échelle. La mesure seule de la teneur en CO2 ne permet pas de confirmer l'origine du CO2. II faut donc compléter cette donnée par des mesures isotopiques afin de déterminer les gaz associés (teneur et isotopie). Les protocoles classiques ne permettent pas d'échantillonner sur site des gaz sans pollution atmosphérique. Cela est particulièrement important pour l'analyse ultérieure des gaz rares et de leur isotopie. Les dispositifs actuels de mesures de flux surfaciques se posent directement sur la surface du sol, ou possèdent une embase légèrement enfoncée. On peut citer par exemple le brevet EP 0 807 822 qui décrit un dispositif permettant la mesure des flux comportant une chambre d'accumulation de gaz et dont la base est légèrement enfoncée dans le sol. Ces dispositifs, placés en surface mesurent à la fois le CO2 émis par le sous-sol et le CO2 émis à la surface du sol. Ils conviennent parfaitement à l'analyse de sols pollués. Ces dispositifs mobiles connus sont ainsi tout à fait adaptés à la mesure de flux globaux entre le sol et l'atmosphère, Un autre problème à résoudre vient du fait que lors d'une campagne de surveillance de formation souterraine destinée aux mesures de flux surfaciques et/ou au diagnostic de fuites éventuelles, des forages et excavations de sols sont réalisés afin de mettre en place les dispositifs de prélèvements. Le remaniement des sols perturbe fortement l'équilibre des gaz émis et les contraintes de temps imposées lors des phases de diagnostic ne permettent pas d'attendre le rééquilibrage des flux et des concentrations. En effet, les dispositifs de mesure quantitative de la teneur en CO2 dans les sols prélèvent, quand à eux, le gaz directement dans les sols. L'échantillonnage est en général extrêmement ponctuel avec une collecte le plus souvent d'un échantillon sur quelques cm2. Pour cela, des sondes sont enfoncées à des profondeurs variant, le plus typiquement de 0.7 m à 20 m de profondeur. II en résulte une faible représentativité des échantillons analysés déjà perturbés par les dispositifs de pompage souvent associés.

Le calcul du flux surfacique moyen de CO2 émanant du sous sol, ne pouvant être possible qu'à condition de connaître le débit de gaz émanant du sous sol sur une surface connue et maîtrisée expérimentalement ainsi que sa teneur en CO2, aucun dispositif actuel ne permet, notamment dans le cadre de la surveillance de formation souterraine, de mesurer de manière représentative ce flux surfacique de gaz issus du sous sol. Les dispositifs actuels disponibles pour surveiller un site de stockage de CO2, ainsi que les dispositifs actuels disponibles pour mesurer un flux de gaz, ne permettent donc pas de résoudre les problèmes exposés précédemment. La présente invention_ a donc pour objet de palier un ou plusieurs des 30 inconvénients de l'art antérieur, en proposant un système de surveillance de formation souterraine et une méthode permettant de mesurer le flux surfacique et la composition moléculaire et isotopique des gaz émanant du sol et du sous-sol, en s'affranchissant de l'activité biologique du sol et du sous sol, des échanges de gaz entre le sol et l'atmosphère liés aux variations de pression atmosphérique, mais aussi en s'affranchissant des variations de l'environnement dues à l'installation du dispositif à chaque mesure. Pour cela le système de surveillance, selon l'invention, d'une formation souterraine contenant au moins un gaz, comporte au moins un dispositif muni de moyens de captage du gaz, lesdits moyens de captage étant enfouis dans le sol, des moyens de transfert de gaz entre lesdits moyens de captage et des moyens de contrôle d'une fuite de gaz positionnés en surface et adaptés à mesurer au moins un des paramètres suivants : le flux du gaz capté, la composition du gaz capté. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comporte une 15 membrane hydrophobe perméable au gaz est disposée dans un conduit de transfert de gaz entre les moyens de captage et les moyens de contrôle. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de captage couvrent une surface d'au moins 0,3 m2. Les moyens de contrôle du dispositif selon l'invention comportent un 20 compteur à gaz ou un débitmètre pour déterminer le flux du gaz capté. Les moyens de contrôle du système selon l'invention peuvent également comporter un analyseur pour déterminer la concentration du gaz capté. Les moyens de contrôle du système selon l'invention peuvent également comporter une cellule d'échantillonnage pour déterminer l'origine du gaz capté. La 25 cellule d'échantillonnage du dispositif selon l'invention peut être amovible, les moyens de contrôle comportant alors deux vannes disposées de part et d'autre de la cellule. Selon un mode de réalisation de l'invention, les dispositifs sont répartis selon un maillage défini de façon à échantillonner au mieux, au moins une surface du sol et/ou du sous-sol. La présente invention vise ainsi à compléter les techniques antérieures, en fournissant un dispositif pour la mesure de flux de gaz émis par le sous sol, notamment la teneur en 002, ou de tout autre gaz émis par le sol. Les mesures du flux et de la concentration étant effectuées à partir d'un même échantillon gazeux. La surface de prélèvement est conséquente et peut être adaptée au site à surveiller. L'invention concerne également une méthode de surveillance d'une formation 10 souterraine contenant au moins un gaz, comportant les étapes suivantes : on enfouit dans le sol au moins un moyen de captage de gaz, relié en surface à au moins un moyen de contrôle d'une fuite de gaz ; on capte du gaz à l'aide dudit moyen de captage ; - on mesure un flux de gaz capté et/ou une composition du gaz 15 capté, au moyen dudit moyen de contrôle ; on détecte une fuite du gaz à travers la formation à partir de ladite mesure Selon un mode de réalisation de l'invention on détermine la composition du gaz à l'aide de mesures de concentration. 20 Selon un autre mode de réalisation de l'invention on détermine une composition du gaz à l'aide de mesures isotopiques, de façon à s'assurer que la fuite détectée provient du gaz contenu initialement dans la formation. L'invention concerne également un dispositif pour étudier au moins un gaz émis par le sol et/ou le sous-sol, comportant des moyens de captage du gaz, des 25 moyens de mesure du flux du gaz capté, des moyens pour déterminer la concentration du gaz capté et des moyens pour déterminer l'origine du gaz capté. Selon un mode de réalisation de l'invention, une membrane (3) hydrophobe perméable au gaz est disposée dans un conduit de transfert de gaz 5 entre les moyens de captage et les moyens de mesure du flux, de détermination de concentration et de détermination de l'origine du gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens pour déterminer l'origine du gaz capté comportent une cellule d'échantillonnage.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant à la figure 1 annexée et donnée à titre d'exemple et représentant une schématisation du dispositif selon l'invention. Dans la suite de la description on entend par sol la couche superficielle, meuble, de la croûte terrestre, résultant de la transformation de la roche mère enrichie par des apports organiques, et par sous-sol, la couche située directement sous le sol. Le système de surveillance selon l'invention, comporte au moins un dispositif de surveillance de gaz émis dans une formation souterraine décrit ci-après en référence à la figure 1. Ce dispositif comporte des moyens de captage ou de collecte de gaz (14) et des moyens de contrôle d'une fuite de gaz, positionné en surface. Ces moyens de contrôle sont adaptés à mesurer le flux du gaz capté et/ou la composition du gaz capté. Par composition du gaz, on entend la concentration ou la composition isotopique du gaz. Pour mesurer la composition, le dispositif peut comporter un ensemble de moyens d'échantillonnage (5) et/ou de mesure et d'analyse du gaz capté (7). Les moyens de captage de gaz sont formés par une chambre (1) de captage ou de collecte de gaz et un conduit (2) de transfert de gaz vers la surface (12) du sol. Cette chambre (1) de captage a en général la forme d'un cône de révolution, pyramidal ou quelconque. L'embase du cône peut par exemple être circulaire ou rectangulaire. Cette chambre (1) peut avoir d'autres formes équivalentes. Dans tous les cas sa base est plus élargie que son sommet de façon à couvrir la plus grande surface possible et ensuite concentrer les gaz vers le conduit (2) de transfert. Sur des terrains faillés ou en présence de géologie complexe, le collecteur de gaz pourra être constitué d'une simple bâche étanche aux gaz enfouie dans le sol afin de couvrir une surface représentative et éviter ainsi de mesurer des productions gazeuses locales atypiques. En générale la surface (13) du sol (10) ou sous-sol recouverte par le cône est au moins de 0,3 m2, de préférence cette surface est de 1 m2. La taille minimale de la surface (13) de collecte à couvrir, correspondant à l'échantillon représentatif de l'analyse, peut être déterminée par une approche géostatistique. La taille de la surface (13) est connue précisément de façon à pouvoir effectuer les analyses sur le flux de gaz. De façon à enfouir les moyens de captage, tout en préservant une qualité de mesure et d'analyse des gaz captés, le dispositif comporte une membrane hydrophobe, mais poreuse et perméable aux gaz, disposée à l'intérieur dans la première section (21) du conduit (2) de transfert de gaz, à la suite de la chambre (1) de captage. Cette membrane (3) permet de protéger les moyens d'échantillonnage, de mesure et d'analyse, de l'eau présente dans le sol et le sous- sol pouvant remonter avec le gaz et de toutes les impuretés provenant du captage, comme par exemple des particules de terre. Dans la seconde portion (22) du conduit (2) de transfert de gaz sont également disposés, au dessus de la surface (12) du sol, des moyens de contrôle du gaz émis par la formation et capté.

Le conduit de transfert de gaz est suffisamment long pour permettre au dispositif de relier les moyens de captage aux moyens de contrôle du gaz émis disposés en surface. De ce fait, le dispositif est adapté à l'enfouissement des moyens de captage, conformément au système de surveillance selon l'invention. Le dispositif peut ainsi être installé et enfouie dans le sol (10) ou tout autre 25 environnement du même type en toute sécurité pour les moyens d'échantillonnage, de mesure et d'analyse. Les moyens de contrôle du dispositif selon l'invention, peuvent être composés de moyens (6) de mesures de flux et/ou des moyens de mesure de la composition du gaz capté.

Les moyens (6) de mesures de flux sont constitués par un compteur à gaz et/ou un débitmètre disposés également le long du conduit (2), permettant ainsi de mesurer le flux du gaz capté. Les moyens d'échantillonnage sont formés par une cellule d'échantillonnage (5) également appelée cellule collectrice de gaz. Cette cellule d'échantillonnage (5) a la propriété de pouvoir être relevée et remplacée périodiquement. Pour cela deux vannes (51), (52) sont disposées de part et d'autre de cette cellule (5) le long du conduit (2) de transfert de gaz. Ces vannes (51), (52) lorsqu'elles sont fermées, permettent d'isoler la cellule du reste du circuit et de pouvoir l'enlever pour la remplacer sans perte de gaz. Les moyens d'échantillonnage peuvent également être formés par un système de multi-échantillonnage automatique. Ce système de multiéchantillonnage peut ainsi comporter plusieurs cellules d'échantillonnage interchangeables automatiquement. Ces cellules sont en relation avec des moyens de commande qui vont permettre de changer une cellule par une autre cellule à un certain moment prédéfini. On peut, par exemple, définir de changer la cellule en place tous les mois, par une autre cellule. Ainsi tous les mois, grâce aux moyens de commande, une nouvelle cellule est mise en place et la cellule remplacée est conservée. Ce dispositif évite ainsi de mobiliser une personne tous les mois pour effectuer le changement de cellule. Au bout d'un certain nombre de mois, on obtient ainsi une collection d'échantillons qui pourront être analysés. Le fait de pouvoir garder les échantillons dans le temps peut également permettre de vérifier une ancienne analyse. Les moyens d'analyse (7) sont formés par un ou plusieurs analyseurs de gaz 25 disposés le long du conduit (2) ou sur une dérivation du conduit (2). Les différents éléments du dispositif sont ainsi en relation par l'intermédiaire du conduit (2) de transfert des gaz. Le dispositif permet, à l'aide de la cellule d'échantillonnage (5) et des moyens d'analyse (7), de définir la composition du gaz capté, en déterminant sa 30 concentration moléculaire et/ou sa composition isotopique.

Les mesures de composition et de flux du gaz capté sont donc effectuées à partir d'un même échantillon, à l'équilibre avec les gaz du sol et du sous-sol grâce à l'installation permanente du dispositif, sans créer d'impact notoire sur les mesures et sans qu'elles soient altérées.

Le dispositif est également en relation avec des moyens de stockage de données et des moyens de comparaison des résultats obtenus. L'énergie nécessaire au fonctionnement des moyens d'échantillonnage, de mesure et d'analyse et à l'alimentation des mémoires de stockage de données peut être fournie par des batteries et/ou des panneaux solaires.

Le dispositif selon l'invention peut comporter également un second conduit (4) permettant d'étalonner périodiquement et automatiquement la chaîne analytique par le biais de mélanges de gaz certifiés connectés en amont. Ce second conduit (4) forme une dérivation disposée en aval de la membrane (3) perméable aux gaz.

Le dispositif est réalisé dans un matériau non oxydable, étanche aux gaz et n'émettant pas de gaz. Le dispositif peut également comporter des moyens d'alerte. Ces moyens d'alerte vont permettre d'informer de différentes manières, lorsqu'une fuite de gaz a lieu ou lors d'un changement de composition du gaz.

Pour cela, le dispositif peut comporter des moyens permettant de faire une comparaison entre les valeurs mesurées et une valeur de référence seuil au delà de laquelle l'alerte est déclenchée. Tous moyens connus de l'homme du métier pour comparer et alerter peuvent être utilisés. Un moyen d'alerte original de l'invention peut consister à utiliser le système GSM (Global System for Mobile Communications ou Groupe Spécial Mobile) bien connu de l'homme du métier dans le domaine des télécommunications. Dans ce cas, le dispositif comporte toujours des moyens de comparaison, mais également une station qui, lorsque le seuil limite défini à l'avance est dépassé, va donner l'alerte. Cette alerte est transmise à un téléphone ou tout autre appareil du même type en utilisant un réseau spécifique. Le porteur du téléphone ou autre appareil du même type, peut ainsi à tout moment être prévenu à distance d'une fuite de gaz ou d'un changement de composition. Ce type de dispositif d'alerte permet ainsi d'éviter des systèmes de garde sur le lieu même de son implantation. De manière générale, le système selon l'invention comporte au moins un dispositif installé de façon à ce que la chambre de captage (1) soit enfouie dans le sol ou le proche sous-sol. Pour installer le dispositif, un trou est réalisé dans le sol. Pour cela, la terre est enlevée à l'aide d'un outil de chantier. La chambre et le conduit sont enterrés avec la terre du site. Le conduit est connecté hermétiquement au compteur à gaz ou débitmètre, à l'analyseur et à l'échantillonneur. Le trou doit permettre de déposer la chambre en contact avec le sol ou le sous-sol à une profondeur (11) idéalement supérieure à 0.7 m. De manière générale la profondeur (11) d'enfouissement va dépendre de la hauteur du sol et de l'activité biologique du sol. En effet, dans le cas ou le dispositif est ancré dans la roche sédimentaire, l'activité biologique du sol n'est pas ou peu prise en compte. Avantageusement, ce dispositif sera installé de manière permanente, ce qui évite les interventions humaines. Un ensemble de ce type de dispositif pourra être installé pour surveiller en continu un site de stockage de gaz selon un maillage prédéfini. Par exemple, dans le cadre de la surveillance d'un terrain de grande dimension tel qu'un stockage géologique de CO2, plusieurs de ces dispositifs peuvent être enfouis à des localisations définies lors des campagnes de site. Les dispositifs du système de surveillance peuvent avantageusement être disposés à l'aplomb de failles, à proximité de puits mais aussi selon un maillage, choisi grâce à une approche géostatistique visant à déterminer le "pas" d'échantillonnage. Lors du fonctionnement du dispositif selon l'invention, le gaz venant du sol ou du sous-sol est capté par la chambre de captage (1) et continue sa migration 30 naturelle vers la surface par l'intermédiaire du conduit (2) de transfert des gaz. 10 Suivant la nature du site, la zone de collecte peut être dans une zone saturée ou non saturée en eau: Lors de la mise en oeuvre du dispositif, une première analyse peut être réalisée dans le conduit (2) par le compteur à gaz (6) ou le débitmètre (6) pour déterminer le volume de gaz en fonction du temps. Connaissant le volume et la surface analysée, le flux surfacique peut être calculé. Les moyens de captage (1) étant enfouis dans le sol ou le sous-sol, la mesure du flux n'est pas polluée par les gaz provenant de l'activité biologique et des échanges entre le sol et l'atmosphère. En effet, la profondeur d'enfouissement permet de s'affranchir de l'activité biologique provenant par exemple des racines des plantes. Le fait de pouvoir mesurer un flux surfacique non pollué par l'émanation de gaz secondaires est un des principaux avantages de l'invention. Avec l'analyseur disposé sur le circuit, il est possible de mesurer la composition moléculaire du gaz, ainsi que sa pression et température.

Les échantillons prélevés à l'aide de la cellule collectrice (5) seront utilisés pour déterminer la composition isotopique du gaz, l'analyse des gaz rares et des traceurs présents dans le gaz capté. Les données brutes émises par les analyseurs pourront ensuite être enregistrées par une mémoire tampon ( data togger ) ou un micro-ordinateur.

Une autre application de l'invention consiste à utiliser le dispositif comme outil d'alerte en cas d'apparition de fuite. Mesure du flux Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour mesurer le flux. La plus simple consiste à utiliser un débitmètre en sortie du conduit (2) ce qui permet de calculer des flux instantanés. Le flux mesuré divisé par la surface de captage permet de connaître le flux surfacique à un instant donné. Si l'équipement choisi fait appel à un compteur de gaz, la valeur de flux est alors moyennée sur un temps plus long et permet d'accéder à une valeur moyenne de production de gaz. La présence d'une mesure de débit en ligne permet ainsi d'alerter sur des variations de flux émis du sous-sol et pas uniquement sur des variations de concentrations et/ou de composition.

Mesure de la concentration du gaz La mesure de la composition du gaz peut être assurée par différents types d'analyseurs (7) tels que des analyseurs spécifiques de gaz (Infrarouge, UV/Fluorescent), des chromatographes en phase gazeuse, des spectromètres de masse. La membrane hydrophobe placée dans le conduit empêche toute pollution de ces instruments par la vapeur d'eau présente à l'équilibre dans les flux gazeux analysés. Il est ainsi possible de déterminer la concentration moléculaire du gaz capté. L'utilisation d'un ou plusieurs analyseurs nécessite l'étalonnage périodique du dispositif qui est assuré par l'injection d'un débit défini d'un mélange gazeux certifié par le second conduit (4). Cette méthode, permet par ailleurs de simuler une augmentation du flux gazeux émanant du sol. II peut être automatisé pour rendre le dispositif complètement autonome. Échantillonnage et analyse des gaz La cellule (5) collectrice de gaz est relevée périodiquement pour analyser les gaz rares et traceurs, et elle est remplacée par une cellule équivalente. Pour cela, elle est préalablement mise sous vide. Après installation, la vanne (51) est ouverte la première, permettant le remplissage de la cellule avec le gaz contenu dans le conduit. La vanne (52) est à son tour ouverte permettant au flux du sous- sol de s'écouler à nouveau à travers l'analyseur et le compteur à gaz ou débitmètre. Les échantillons collectés peuvent être emmenés pour analyse en laboratoire, en particulier pour l'analyse de la composition isotopique du gaz capté. Cela concerne entre autre les gaz naturellement émis par la croûte et le manteau 10 15 20 2530 de la terre, mais aussi, dans le cadre d'un stockage géologique de CO2, les gaz associés (impuretés, traceurs). Fonction d'alerte Un des avantages du dispositif selon l'invention est qu'il peut permettre en mesurant le flux et la composition des gaz de détecter des fuites de gaz dans le sol ou le sous-sol de donner l'alerte lorsque les valeurs mesurées sont supérieures à un seuil prédéfini. Cette fonction d'alerte est liée à plusieurs éléments et mode de fonctionnement du dispositif. Mode continu et moyennage des flux : la fonction d'alerte de ce dispositif est directement liée à sa conception qui permet une mesure en continu et un lissage des productions instantanées, permettant ainsi de détecter des dérives ou ruptures de production de gaz au sein d"'un bruit de fond" géochimique ou biologique. Le moyennage des flux est une fonction essentielle du dispositif dans la mesure ou sa connaissance permet d'évaluer la production moyenne des gaz sur une "fenêtre de temps" représentative afin de s'extraire des variations (diurnes/nocturnes). Échantillonneur et analyseur : la nature des gaz à surveiller en continu conditionne le type d'analyseur à implanter. En fonction des propriétés physico-chimiques des gaz émis, le principe de détection des analyseurs peut faire appel à différents types de détection comme par exemple l'adsorption infrarouge. Le type, le conditionnement et le volume de l'échantillonneur pourront être adaptés au type d'analyse à réaliser (traceurs, isotopes). La sensibilité du système concernant sa fonction d'alerte dépend donc de l'équipement retenu pour les mesures de flux gazeux en ligne. Différenciation des flux biologiques d'une fuite : la différenciation des flux fait appel d'une part à une installation en profondeur permettant de s'extraire au mieux des interférences liées aux plantes et à leurs systèmes racinaires, et par ailleurs, le traitement des données brutes acquises en continu permet de différencier et/ou de déconvoluer les variations imputables aux flux biologiques (et soumis à des rythmes saisonniers ou journaliers) des flux émanant du sous sol et imputables à des fuites du stockage. Exemple d'application : Une campagne de surveillance de formation souterraine, par la mesure de flux et de composition des gaz émanant des sols, peut être précédée par un examen des couches lithologiques, et complétée par une approche géostatistique.

Cette première étape aura pour but de choisir un emplacement caractéristique et un maillage représentatif. Le dispositif peut par exemple être enfoui, dans un trou ou une tranchée creusée par un engin de chantier. L'enfouissement peut-être réalisé à plus de 2 mètres de profondeur. Idéalement, la base de la chambre est posée sur une couche principalement minérale. La chambre, peut couvrir une surface de plus d'un mètre carré. Lorsque le dispositif est installé, il est souhaitable d'attendre le rééquilibrage des gaz des sols, quelques jours typiquement. Suite à cette phase de mise à l'équilibre, une "ligne de base" sera réalisée de préférence avant stockage afin d'étudier l'amplitude (débits, composition moléculaire et isotopique et concentration) des phénomènes naturels d'origine biologique.

Ce protocole sera reproduit durant les phases d'injection du CO2 puis lors de la phase de monitoring afin d'en assurer la surveillance. Le niveau de" ligne de base" permettra de fixer pour chaque site les consignes liées à la fonction d'alerte. On peut ainsi lors de cette campagne à l'aide du système selon l'invention capter les gaz émis avec les moyens de captage (1) du gaz enfoui dans le sol, et déterminer l'origine du gaz émis en mesurant au moins un des paramètres suivants : le flux du gaz capté, la composition du gaz capté c'est-à-dire sa concentration moléculaire et sa composition isotopique. La mesure de ces paramètres étant réalisée par des moyens de contrôle d'une fuite de gaz positionnés en surface et reliés aux moyens de captages par des moyens de transfert de gaz.

Cette invention permet donc de mesurer le flux de gaz émanant du sous-sol, la composition chimique de ce gaz, et de collecter des échantillons pour une analyse isotopique de ces gaz. Couplées à des automates, ces mesures permettent d'alerter en cas de dépassement de seuil de consigne.

Le système selon l'invention peut également être utilisé dans le suivi de flux naturels (biodégradation) ou artificiels de gaz tels que l'hydrogène, le méthane, les gaz rares, voir le stockage d'hydrocarbures liquides. Dans ce cas, c'est la fraction légère d'hydrocarbure (C7-) qui est surveillée.

Il doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications jointes.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1) Système de surveillance d'une formation souterraine contenant au moins un gaz (14), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif muni de moyens de captage (1) du gaz, lesdits moyens de captage étant enfouis dans le sol, des moyens de transfert de gaz entre lesdits moyens de captage (1) et des moyens de contrôle d'une fuite de gaz positionnés en surface et adaptés à mesurer au moins un des paramètres suivants : le flux du gaz capté, la composition du gaz capté.

2) Système selon la revendication 1, dans lequel une membrane (3) hydrophobe perméable au gaz est disposée dans un conduit (2) de transfert de gaz entre les moyens de captage (1) et les moyens de contrôle.

3) Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les 15 moyens de captage (1) couvrent une surface d'au moins 0,3 m2.

4) Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de contrôle comportent un compteur à gaz ou un débitmètre pour déterminer le flux du gaz capté.

5) Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les 20 moyens de contrôle comportent un analyseur (7) pour déterminer la concentration du gaz capté.

6) Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de contrôle comportent une cellule d'échantillonnage (5) pour déterminer l'origine du gaz capté. 25

7) Système selon la revendication 6, dans lequel la cellule d'échantillonnage (5) est amovible, les moyens de contrôle comportant alors deux vannes (51) et (52) disposées de part et d'autre de la cellule (5).

8) Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les dispositifs sont répartis selon un maillage défini de façon à échantillonner au mieux, au moins une surface du sol et/ou du sous-sol.

9) Méthode de surveillance d'une formation souterraine contenant au moins un gaz, caractérisé en ce qu'elle comporte les étapes suivantes : on enfouit dans le sol au moins un moyen de captage de gaz, relié en surface à au moins un moyen de contrôle d'une fuite de gaz ; - on capte du gaz à l'aide dudit moyen de captage ; on mesure un flux de gaz capté et/ou une composition du gaz capté, au moyen dudit moyen de contrôle ; on détecte une fuite du gaz à travers la formation à partir de ladite mesure.

10) Méthode selon la revendication 9, dans laquelle on détermine une composition du gaz à l'aide de mesures de concentration.

11) Méthode selon l'une des revendications 9 et 10, dans laquelle on détermine une composition du gaz à l'aide de mesures isotopiques, de façon à s'assurer que la fuite détectée provient du gaz contenu initialement dans la formation.

12) Dispositif pour étudier au moins un gaz émis par le sol et/ou le sous-sol d'une formation souterraine, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de captage (1) du gaz (14) enfouis dans le sol, des moyens de mesure (6) du flux du gaz capté, des moyens (7) pour déterminer la concentration du gaz capté et des moyens pour déterminer l'origine du gaz capté positionnés en surface .

13) Dispositif selon la revendication 12, dans lequel une membrane (3) hydrophobe perméable au gaz est disposée dans un conduit (2) de transfert de gaz entre les moyens de captage (1) et les moyens de mesure (6) du flux, de détermination de concentration et de détermination de l'origine du gaz.

14) Dispositif selon l'une des revendications 9 à 10, dans lequel les moyens pour déterminer l'origine du gaz capté comportent une cellule d'échantillonnage (5).