Cavité saline

Une cavité saline est une cavité géologique artificielle, construite pour stocker des fluides en sous-sol.

Réalisation

Formes possibles des structures salines

Les bassins sédimentaires présentent souvent des dômes de sel. Les strates souterraines de sel gemme, ou halite, sont schématiquement des marais salants anciens, recouverts de couches de sédiments plus récents. Le sel est beaucoup plus léger que les roches qui le surplombent, et se comportant comme un fluide extrêmement visqueux, il finit (ce phénomène d'étale sur des dizaines de millions d'années) par remonter localement, formant des dômes de sel[1].

Ces structures sont utilisées pour construire des cavités souterraines. Les profondeurs visées sont généralement comprises entre 400 et 2 000 mètres. Un puits est creusé pour accéder à la strate ou au dôme de sel, selon des techniques similaires à celles utilisées dans l'industrie pétrolière (trépan). Un tube plus petit est placé dans le puits, afin de disposer de deux conduits (coaxiaux) pour mettre la circulation aller-retour de l'eau. En envoyant de l'eau douce à l'aide de pompe, et en récupérant la saumure, on crée progressivement une cavité souterraine (tout en extrayant du sel qui est commercialisé). Il faut 7 à 8 mètres cubes d'eau pour dissoudre un mètre cube de sel gemme. Le puits foré pour créer la cavité par circulation d'eau est ensuite utilisé pour injecter et récupérer le fluide à stocker[2].

Caractéristiques

Comparés à l'autre grande solution de stockage géologique, à savoir l'utilisation du sommet d'aquifères profonds, les cavités salines[3] :

sont plus petites, leur taille dépasse très raremement 500 000 m³[4]
permettent de stocker un fluide à plus grande pression
sont de véritable cavités, et non des couches de roches poreuses. La circulation du fluide est donc plus rapide.

Utilisation

Illustration d'un site comportant plusieurs cavités

Les cavités salines sont largement utilisées pour le stockage du gaz naturel, permettant de répondre aux pics de demande. Du fait de leurs caractéristiques, elles tendent à être utilisées sur un cycle très court terme, de l'ordre de la semaine, tandis que le stockage en aquifère est plutôt utilisé pour un stockage saisonnier. La première utilisation d'une cavité saline pour le stockage du gaz naturel remonte à 1946, aux États-Unis[2].

Cette technologie est aussi utilisable pour l'hydrogène[5], le butane et le propane[6].

En 2019, 94 sites utilisant des cavités salines (un site possédant souvent plusieurs cavités) pour le stockage du gaz naturel sont recensées en Europe, l'Allemagne possédant la plus grande capacité de stockage[7].

Risques

Des problèmes d'effritement du toit et parois de la cavité peuvent se présenter. Un petit nombre de cavités se sont effrondées[8].

Références

B Lunev, T Abramov, A Kalinin et V Kontorovich, « Numerical modeling of salt domes formation in Anabar-Khatanga oil and gas area (Siberian sector of the Russian Arctic) », IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 193,‎ 30 octobre 2018, p. 012040 (ISSN 1755-1315, DOI 10.1088/1755-1315/193/1/012040, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)
(en) John K. Warren, « Solution Mining and Salt Cavern Usage », dans Evaporites, Springer International Publishing, 2016 (ISBN 978-3-319-13511-3, DOI 10.1007/978-3-319-13512-0_13, lire en ligne), p. 1303–1374
Présentation CNRS
T. M. Letcher, Storing energy : with special reference to renewable energy sources, Elsevier, 2016 (ISBN 0-12-803449-1 et 978-0-12-803449-1, OCLC 946704193, lire en ligne)
(en) Ahmet Ozarslan, « Large-scale hydrogen energy storage in salt caverns », International Journal of Hydrogen Energy, vol. 37, n^o 19,‎ 2012-10-xx, p. 14265–14277 (DOI 10.1016/j.ijhydene.2012.07.111, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)
(en) N.G. Crossley, « Conversion of LPG Salt Caverns to Natural Gas Storage "A TransGas Experience" », Journal of Canadian Petroleum Technology, vol. 37, n^o 12,‎ 1^er décembre 1998 (ISSN 0021-9487, DOI 10.2118/98-12-03, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)
(en) Dilara Gulcin Caglayan, Nikolaus Weber, Heidi U. Heinrichs et Jochen Linßen, « Technical potential of salt caverns for hydrogen storage in Europe », International Journal of Hydrogen Energy, vol. 45, n^o 11,‎ 2020-02-xx, p. 6793–6805 (DOI 10.1016/j.ijhydene.2019.12.161, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)
(en) Wei Liu, Zhixin Zhang, Jinyang Fan et Deyi Jiang, « Research on gas leakage and collapse in the cavern roof of underground natural gas storage in thinly bedded salt rocks », Journal of Energy Storage, vol. 31,‎ 2020-10-xx, p. 101669 (DOI 10.1016/j.est.2020.101669, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)

Voir aussi

Stockage du pétrole et du gaz

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[1] B Lunev, T Abramov, A Kalinin et V Kontorovich, « Numerical modeling of salt domes formation in Anabar-Khatanga oil and gas area (Siberian sector of the Russian Arctic) », IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 193,‎ 30 octobre 2018, p. 012040 (ISSN 1755-1315, DOI 10.1088/1755-1315/193/1/012040, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)

[pdf-2] (en) John K. Warren, « Solution Mining and Salt Cavern Usage », dans Evaporites, Springer International Publishing, 2016 (ISBN 978-3-319-13511-3, DOI 10.1007/978-3-319-13512-0_13, lire en ligne), p. 1303–1374

[3] Présentation CNRS

[4] T. M. Letcher, Storing energy : with special reference to renewable energy sources, Elsevier, 2016 (ISBN 0-12-803449-1 et 978-0-12-803449-1, OCLC 946704193, lire en ligne)

[5] (en) Ahmet Ozarslan, « Large-scale hydrogen energy storage in salt caverns », International Journal of Hydrogen Energy, vol. 37, n^o 19,‎ 2012-10-xx, p. 14265–14277 (DOI 10.1016/j.ijhydene.2012.07.111, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)

[6] (en) N.G. Crossley, « Conversion of LPG Salt Caverns to Natural Gas Storage "A TransGas Experience" », Journal of Canadian Petroleum Technology, vol. 37, n^o 12,‎ 1^er décembre 1998 (ISSN 0021-9487, DOI 10.2118/98-12-03, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)

[7] (en) Dilara Gulcin Caglayan, Nikolaus Weber, Heidi U. Heinrichs et Jochen Linßen, « Technical potential of salt caverns for hydrogen storage in Europe », International Journal of Hydrogen Energy, vol. 45, n^o 11,‎ 2020-02-xx, p. 6793–6805 (DOI 10.1016/j.ijhydene.2019.12.161, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)

[8] (en) Wei Liu, Zhixin Zhang, Jinyang Fan et Deyi Jiang, « Research on gas leakage and collapse in the cavern roof of underground natural gas storage in thinly bedded salt rocks », Journal of Energy Storage, vol. 31,‎ 2020-10-xx, p. 101669 (DOI 10.1016/j.est.2020.101669, lire en ligne, consulté le 10 mai 2021)