Des ingénieurs de l'Imperial College de Londres ont dissipé une loi scientifique vieille de 100 ans utilisée pour décrire comment le fluide s'écoule à travers les roches.

La découverte par des chercheurs de l'Impériale pourrait conduire à une série d'améliorations, notamment des avancées dans la capture et le stockage du carbone (CSC). C'est là que les émissions industrielles seront captées par la technologie CSC, avant d'atteindre l'atmosphère, et stockés en toute sécurité dans la roche profondément sous terre.

Des kilomètres sous la surface de la Terre, différents types de fluides s'écoulent à travers les espaces microscopiques entre les grains à l'intérieur des roches.

Des scientifiques du Collège ont utilisé l'installation Diamond Light Source au Royaume-Uni pour réaliser des vidéos 3D qui montrent plus en détail que jamais comment les fluides se déplacent dans la roche.

Depuis plus de cent ans, les ingénieurs ont modélisé la façon dont plusieurs fluides s'écoulent à travers les roches pour diverses raisons. Par exemple, la modélisation de l'écoulement des fluides permet aux ingénieurs de déterminer comment extraire le pétrole et le gaz. Comprendre comment l'eau de mer s'écoule à travers les roches donne un aperçu de la volatilité de la croûte terrestre, et prédire comment l'eau douce s'écoule à travers les roches permet aux ingénieurs de gérer les ressources en eau. Plus récemment, les ingénieurs ont modélisé comment le CO ? traverse la roche dans le cadre du CSC.

Précédemment, les scientifiques ont utilisé une formule pour modéliser la façon dont les fluides se déplacent à travers les roches. C'est ce qu'on appelle la loi étendue de Darcy et la prémisse est que les gaz se déplacent à travers la roche via leur propre séparation, stable, complexe, voies microscopiques. C'est l'approche sous-jacente utilisée par les ingénieurs pour modéliser l'écoulement des fluides au cours des 100 dernières années.

Cependant, les scientifiques impériaux ont découvert qu'au lieu de s'écouler selon un schéma relativement stable à travers les roches, les flux sont en effet très instables. Les voies par lesquelles les fluides s'écoulent ne durent en fait que peu de temps, dizaines de secondes au plus, avant de les réorganiser et de les former en différents. L'équipe a appelé ce processus connectivité dynamique.

L'importance de la découverte de la connectivité dynamique est que les ingénieurs du monde entier seront désormais en mesure de modéliser plus précisément la façon dont les fluides s'écoulent à travers la roche.

Dr Catriona Reynolds, auteur principal de l'étude qui a terminé son doctorat au Département des sciences de la Terre et du génie de l'Impériale, a déclaré :« Essayer de modéliser la façon dont les fluides s'écoulent à travers la roche à grande échelle s'est avéré être un défi scientifique et technique majeur. technologie de modélisation informatique. Les ingénieurs soupçonnent depuis longtemps qu'il existe des lacunes majeures dans notre compréhension de la physique sous-jacente de l'écoulement des fluides. Nos nouvelles observations dans cette étude obligeront les ingénieurs à réévaluer leurs techniques de modélisation, augmentant leur précision."

Pour créer les images 3D, les chercheurs de l'étude d'aujourd'hui ont utilisé l'accélérateur de particules synchrotron de la source lumineuse Diamond. Le synchrotron permet aux chercheurs de prendre des images 3D à des vitesses beaucoup plus rapides qu'un instrument à rayons X de laboratoire conventionnel - environ 45 secondes par rapport aux heures pour un instrument de laboratoire. Cela leur a permis de voir la dynamique, ce qui n'avait jamais été observé auparavant.

Cependant, une résolution temporelle encore plus élevée améliorerait considérablement les observations. Ces voies fluides se réorganisent rapidement, donc idéalement, l'équipe aimerait que les observations soient capturées tous les 100e de seconde. Cette résolution temporelle n'est possible à l'heure actuelle qu'en utilisant la lumière optique des microscopes combinée à des caméras à grande vitesse. Cependant, ils sont limités dans leur capacité à observer les fluides se déplaçant à travers de vraies roches.

Les prochaines étapes verront l'équipe tenter de surmonter cet obstacle technologique en utilisant une combinaison de nouvelles techniques d'imagerie optique et aux rayons X. Cela pourrait leur permettre de modéliser l'écoulement des fluides à grande échelle, qui serait utile pour modéliser le stockage du CO2, la production de pétrole et de gaz, et la migration des fluides au plus profond de la croûte terrestre.

La recherche est publiée aujourd'hui dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences et financé par le programme de bourses de formation doctorale du Conseil de recherche en génie et en sciences physiques et soutenu par le Centre de recherche sur les carbonates et le stockage du carbone du Qatar, financé conjointement par Qatar Petroleum, Shell et le parc scientifique et technologique du Qatar.