Les hydrates de méthane sont des composés solides qui se forment après combinaison de molécules d'eau et de gaz sous pression.

Ils peuvent apparaître dans les conduites d'extraction de pétrole en offshore ou bien dans différents types de sédiments (marins profonds ou arctiques).

Ce bouchage est souvent temporaire mais il réduit considérablement la rentabilité des puits car il faut alors mettre en œuvre des procédures longues de localisation puis de dissociation du bouchon par dépressurisation ou réchauffement de la conduite.

En ce concerne les problèmes liés à la production pétrolière, notre équipe s'est engagée pendant l'année 2000 dans la construction d'une boucle expérimentale permettant de reproduire de tels écoulements.

Il s'agit d'une conduite de 50 m de long, 10 m de haut et de 1 cm de diamètre, réfrigérée à 1°C et dont la pression d'exercice peut atteindre 100 bars.

Boucle de reproduction d'écoulements :

une conduite de 50 m de long, 10 m de haut et de 1 cm de diamètre, réfrigérée à 1°C et dont la pression d'exercice peut atteindre 100 bars.

Une deuxième action de thèse liée au problème du bouchage des conduites porte sur les méthode à employer pour dissocier les bouchons qui se seraient formés malgré l'ensemble des solutions mises en œuvre pour empêcher un tel événement.

La méthode consiste à dépressuriser la conduite de façon à rendre les hydrates de gaz instable. Ce travail implique un volet expérimental pour la mesure des propriétés physiques (perméabilité, conductibilité thermique) et des vitesses de décomposition lors de la dissociation d'un bouchon modèle, fabriqués sur la boucle.
A partir de ces données, nous devons modéliser la procédure à mettre en place pour procéder le plus rapidement possible à la décomposition d'un bouchon, sans pour autant le transformer en glace.
En effet, la dissociation des hydrates de méthane est endothermique et peut aboutir à la formation de glace d'eau. Hors la glace d'eau est encore plus difficile à faire fondre que les hydrates puisque la seule solution consiste à chauffer la conduite, ce qui pose des problèmes insurmontables ou très coûteux dans le cas des conduites pétrolières sous-marines. Cette activité des méthodes de débouchage des conduites est financée par TOTALFINAELF.

Les hydrates de méthane peuvent également exister à l'état naturel, stockés dans les sédiments et ils constituent une part importante du carbone rapidement recyclable à l'échelle planétaire. Leur cristallisation dans le milieu poreux doit impérativement être comprise si l'on veut, d'une part localiser et estimer précisément les ressources en place, et d'autre part procéder à leur exploitation pour produire du méthane, voire étudier leur impact environnemental.
Or l'essentiel des informations dont on dispose sur les hydrates est de nature géophysique, donc indirecte, et les interprétations sont soumises à de nombreuses incertitudes.

Nous avons mis en place un consortium d'étude (ForDiMHyS) avec le soutien de TOTALFINAELF, GDF, IFP, IFREMER et le CNRS, en association avec d'autres laboratoires (ENSIACET de Toulouse, ENSGTI de Pau et Ecole Normale Supérieure d'Ulm) afin de proposer une action, sous la forme d'un travail de thèse, sur la période 2000-2004.

Cellule triaxiale réalisée au Département GENERIC du Centre SPIN de l'Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint- Etienne.

Tests sur carottes de diamètre jusqu'à 11 cm, et de hauteur jusqu'à 20 cm. Pression max : 280 bars

L'objectif est de caractériser les propriétés pétrophysiques de carottes naturelles, puis de modéliser la production éventuelle de méthane à partir de gisements de ces composés.

La première phase du travail mis en place implique la construction d'un réacteur (300 bars, 9 L) permettant de caractériser la perméabilité, la conductivité thermique, les propriétés soniques et la résistivité du milieu poreux contenant des hydrates de méthane.

La deuxième phase du programme prévoit l'utilisation de ces données expérimentales pour la modélisation de la production de méthane à partir de champs d'hydrates. Cette partie du travail est développée en association avec l'IFP, avec l'utilisation et la modification de leurs codes de calculs (logiciel SARIP) pour intégrer les données cinétiques relatives aux vitesses des réactions de dissociation/cristallisation.