10 - LE PRINCIPE DU STOCKAGE DE GAZ EN CAVITÉS CREUSÉES DANS LE SEL
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horizontales et verticales sont égales). Il correspond au poids des terrains. Leur densité étant de l’ordre de 2,3, la pression ou contrainte géostatique (vierge ou terrastatique) s’accroît d’environ 0,023 MPa par mètre de profondeur. A 1000 m de profondeur, elle vaut donc environ 23 MPa (230 bars).
La réalisation d’une cavité rompt l’équilibre naturel des terrains. Il s’ensuit une instabilité mécanique dont les manifestations peuvent se traduire par une diminution de
volume de la cavité par fluage ou écoulement du sel, et corrélativement par la subsidence des terrains jusqu’en surface.
En l’absence de respect des règles de l’art (dimensionnement et exploitation), des
ruptures localisées voire générales apparaissent possibles. Mais il convient de noter
que le sel est un matériau susceptible de tolérer de grandes déformations sans se
rompre (on parle de « fluage » du sel). De fait, aucune rupture n’a été enregistrée
sur le millier de cavités de stockage, dont plus d’une centaine de gaz naturel, exploitées de part le monde, depuis plus de 30 ans pour les plus anciennes.
10.5.2. LA LOI RHÉOLOGIQUE DU SEL
Les études de géotechnique pour le dimensionnement des cavités de stockage
(géométrie et espacement des cavités, choix de la pression minimale de service)
nécessitent des modèles mathématiques, codes aux éléments finis en général, qui
intègrent les équations de base de la mécanique des milieux continus. Ces équations relient les contraintes et déformations sur un domaine modélisant le massif
de sel. Parmi elles, est la loi de comportement (ou loi rhéologique) du matériau ;
son écriture dépend de la nature du matériau (le verre n’a pas le même comportement que l’acier) et les valeurs des paramètres de la nuance du matériau (cristallisation, impuretés…).
Le sel a un comportement pratiquement viscoplastique. Son domaine d’élasticité est
très réduit : il est l’objet de déformations permanentes dès qu’il est soumis à des
contraintes non-isotropes, si faibles soient-elles (plus exactement, c’est le déviateur
qui compte). En fait, les déformations élastiques sont négligeables devant les déformations viscoplastiques.
La loi de comportement viscoplastique du sel est très non-linéaire, en ce sens que
la vitesse de déformation est proportionnelle à un puissance élevée (de l’ordre de
sept) des contraintes non-isotropes (plus exactement de la racine carré du second
invariant du déviateur des contraintes). Sa connaissance assez récente (1980)
résulte des études et de l’interprétation de très nombreux essais sur des échantillons ou éprouvettes taillées dans les carottes de sel prélevées lors des forages des
puits. Ces études ont été entreprises par divers centres de mécanique des roches
pour répondre à la demande des compagnies de stockage.
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horizontales et verticales sont égales). Il correspond au poids des terrains. Leur densité étant de l’ordre de 2,3, la pression ou contrainte géostatique (vierge ou terrastatique) s’accroît d’environ 0,023 MPa par mètre de profondeur. A 1000 m de profondeur, elle vaut donc environ 23 MPa (230 bars).
La réalisation d’une cavité rompt l’équilibre naturel des terrains. Il s’ensuit une instabilité mécanique dont les manifestations peuvent se traduire par une diminution de
volume de la cavité par fluage ou écoulement du sel, et corrélativement par la subsidence des terrains jusqu’en surface.
En l’absence de respect des règles de l’art (dimensionnement et exploitation), des
ruptures localisées voire générales apparaissent possibles. Mais il convient de noter
que le sel est un matériau susceptible de tolérer de grandes déformations sans se
rompre (on parle de « fluage » du sel). De fait, aucune rupture n’a été enregistrée
sur le millier de cavités de stockage, dont plus d’une centaine de gaz naturel, exploitées de part le monde, depuis plus de 30 ans pour les plus anciennes.
10.5.2. LA LOI RHÉOLOGIQUE DU SEL
Les études de géotechnique pour le dimensionnement des cavités de stockage
(géométrie et espacement des cavités, choix de la pression minimale de service)
nécessitent des modèles mathématiques, codes aux éléments finis en général, qui
intègrent les équations de base de la mécanique des milieux continus. Ces équations relient les contraintes et déformations sur un domaine modélisant le massif
de sel. Parmi elles, est la loi de comportement (ou loi rhéologique) du matériau ;
son écriture dépend de la nature du matériau (le verre n’a pas le même comportement que l’acier) et les valeurs des paramètres de la nuance du matériau (cristallisation, impuretés…).
Le sel a un comportement pratiquement viscoplastique. Son domaine d’élasticité est
très réduit : il est l’objet de déformations permanentes dès qu’il est soumis à des
contraintes non-isotropes, si faibles soient-elles (plus exactement, c’est le déviateur
qui compte). En fait, les déformations élastiques sont négligeables devant les déformations viscoplastiques.
La loi de comportement viscoplastique du sel est très non-linéaire, en ce sens que
la vitesse de déformation est proportionnelle à un puissance élevée (de l’ordre de
sept) des contraintes non-isotropes (plus exactement de la racine carré du second
invariant du déviateur des contraintes). Sa connaissance assez récente (1980)
résulte des études et de l’interprétation de très nombreux essais sur des échantillons ou éprouvettes taillées dans les carottes de sel prélevées lors des forages des
puits. Ces études ont été entreprises par divers centres de mécanique des roches
pour répondre à la demande des compagnies de stockage.