Une solution potentielle pour lutter contre le changement climatique consiste à stocker en toute sécurité le dioxyde de carbone sous terre dans des réservoirs d'où le pétrole a été précédemment extrait, une approche connue sous le nom de séquestration du carbone. C'est cher, mais les coûts peuvent être réduits en extrayant le pétrole restant de ces réservoirs en même temps que l'introduction du dioxyde de carbone. Cependant, il a été difficile de déterminer les sites les plus appropriés pour retenir longtemps le dioxyde de carbone et maximiser la récupération du pétrole.

Des recherches de l'Institut international de recherche sur l'énergie neutre en carbone (I2CNER) de l'Université japonaise de Kyushu ont maintenant mis au point une méthode de simulation d'un mélange à haute pression de pétrole, gaz carbonique, et l'eau souterraine et la mesure dans laquelle elle imprègne la roche, sur la base d'images de la structure rocheuse prises au niveau microscopique. Cette approche devrait aider à identifier les sites appropriés pour l'application de cette technologie, augmentant ainsi la quantité de dioxyde de carbone qui peut être séquestrée et contribuant à freiner le changement climatique.

Pour la séquestration du carbone sur les sites des réservoirs d'huile usée, le dioxyde de carbone est injecté à une pression si élevée qu'il adopte une forme fluide appelée fluide supercritique. Il y a donc trois « fluides » :le dioxyde de carbone, l'eau, et de l'huile, sur ces sites souterrains, il est donc difficile de modéliser leur comportement complexe. Dans leur étude, les chercheurs ont utilisé un modèle appelé modèle triphasé en treillis-Boltzmann pour prédire ce qu'il adviendrait de ces liquides pendant la séquestration du carbone, compte tenu de facteurs tels que la taille et la forme des "pores" vides dans la roche et les niveaux de saturation de ces fluides dans la roche. Cette approche fournit en outre la perméabilité relative triphasée des roches naturelles, bien que les mesures en laboratoire soient extrêmement compliquées, cher, et chronophage.

« Dans la séquestration du carbone, nous pouvons rediriger le dioxyde de carbone des sites de production importants tels que les centrales électriques vers des réservoirs souterrains, où il devrait rester pendant des milliers d'années, ", explique le co-auteur de l'étude Takeshi Tsuji. "Notre méthode peut nous dire quels sites de stockage seraient les meilleurs pour cela. Il le fait en révélant la quantité de dioxyde de carbone et de pétrole qui traversera la roche sur un site particulier. »

Tsuji et l'auteur Fei Jiang ont confirmé l'exactitude de cette méthode en la testant avec une image 3D de la microstructure du grès. La simulation impliquait de définir des conditions initiales avec du pétrole et de l'eau présents à différents niveaux dans la roche, suivi de l'injection de dioxyde de carbone à haute pression, après quoi les changements dans les distributions de ces trois composantes ont été prédits. Les études précédentes n'étaient pas en mesure d'effectuer une telle simulation d'écoulement de fluide triphasique dans du grès naturel 3D ; par conséquent, cette simulation réussie dans la roche naturelle est une réalisation passionnante.

« La précision des résultats de notre méthode est très importante, " dit Jiang. " Si les praticiens de la séquestration du carbone font de mauvais calculs et choisissent des sites inappropriés, le dioxyde de carbone ne peut pas traverser la roche, et des fractures pourraient apparaître dans la roche après l'injection haute pression, ce qui pourrait conduire à des émissions dangereuses à la surface ou déclencher des tremblements de terre. »

En améliorant l'efficacité de l'extraction pétrolière et augmentant ainsi la rentabilité de cette forme de séquestration du carbone, cette méthode devrait permettre de généraliser cette forme de captage du carbone.

L'article "Estimation of three-phase relative permeability by simulating fluid dynamics directement on rock-microstructure images" a été publié dans Recherche sur les ressources en eau .