Impact d'un stockage géologique de CO2 sur les écosystèmes profonds des basaltes PDF Download
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Author: Paul Le Campion
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Book Description
Les basaltes sont reconnus pour abriter des populations microbiennes diverses et actives lorsque les températures associées sont compatibles avec leur développement. Toutefois celles-ci sont rarement considérées dans la mise en oeuvre de technologies de capture et stockage du carbone (CCS), alors qu'elles peuvent potentiellement modifier les conditions physico-chimiques du stockage et donc le devenir en profondeur du gaz stocké. Ce travail de doctorat consiste en la réalisation du premier suivi de la diversité microbienne dans un aquifère basaltique profond sur le site pilote de stockage de CO2 d'Hellisheidi en Islande. Les communautés microbiennes ont été décrites avant l'injection puis elles ont été suivies au cours de deux injections successives de 174,6 t de CO2 pur et de 65 t de CO2 + H2S + 2. Avant les injections, la réalisation d'une phylogénie suggère que la plupart des microorganismes détectés sont endémiques de l'aquifère. Les métabolismes inférés aux différentes OTUs identifiées sont en accord avec la géochimie de l'eau, un résultat renforcé par une analyse statistique pointant un lien potentiel entre le système carbonaté et la structure des populations microbiennes. Au cours des injections, les analyses permettent de mettre en évidence des variations de composition des communautés microbiennes, celles-ci semblant n'être impactées que par l'injection de CO2 pur. On enregistre notam ment un « bloom » d'une séquence affiliée à une bactérie autotrophe réalisant l'oxydation du Fe(II), Sideroxydans lithotrophicus, qui actualise la question de savoir si une partie du CO2 injecté a été convertie en biomasse, offrant une voie alternative au stockage de CO2
Author: Paul Le Campion
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Les basaltes sont reconnus pour abriter des populations microbiennes diverses et actives lorsque les températures associées sont compatibles avec leur développement. Toutefois celles-ci sont rarement considérées dans la mise en oeuvre de technologies de capture et stockage du carbone (CCS), alors qu'elles peuvent potentiellement modifier les conditions physico-chimiques du stockage et donc le devenir en profondeur du gaz stocké. Ce travail de doctorat consiste en la réalisation du premier suivi de la diversité microbienne dans un aquifère basaltique profond sur le site pilote de stockage de CO2 d'Hellisheidi en Islande. Les communautés microbiennes ont été décrites avant l'injection puis elles ont été suivies au cours de deux injections successives de 174,6 t de CO2 pur et de 65 t de CO2 + H2S + 2. Avant les injections, la réalisation d'une phylogénie suggère que la plupart des microorganismes détectés sont endémiques de l'aquifère. Les métabolismes inférés aux différentes OTUs identifiées sont en accord avec la géochimie de l'eau, un résultat renforcé par une analyse statistique pointant un lien potentiel entre le système carbonaté et la structure des populations microbiennes. Au cours des injections, les analyses permettent de mettre en évidence des variations de composition des communautés microbiennes, celles-ci semblant n'être impactées que par l'injection de CO2 pur. On enregistre notam ment un « bloom » d'une séquence affiliée à une bactérie autotrophe réalisant l'oxydation du Fe(II), Sideroxydans lithotrophicus, qui actualise la question de savoir si une partie du CO2 injecté a été convertie en biomasse, offrant une voie alternative au stockage de CO2
Author: Benoit Issautier
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Languages : fr
Pages : 152
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La démarche d’intégration des hétérogénéités dans les modèles réservoirs en est à ses prémices dans le domaine du stockage géologique de CO2. C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de thèse. Un protocole d’analyse depuis l’étude de terrain jusqu’aux simulations réservoirs a été établi. La caractérisation du Minjur Sandstone (formation Triasique d’Arabie Centrale) met en avant le caractère crucial de la connectivité des corps dans l’architecture du réservoir, notamment en liant génétiquement leur nature, leur connectivité et leur position dans la séquence de dépôt. S’appuyant sur la connaissance de cette formation, un modèle conceptuel est construit, puis reproduit stochastiquement par un algorithme permettant l’élaboration de modèles conditionnés par une histoire sédimentaire. Le protocole prévoit la création de 50 scénarios illustrant divers degrés de connectivité ; chaque scénario étant composé de deux modèles de même architecture mais à remplissage sédimentaire différent. Cette approche permet d’appréhender (a) l’impact de la connectivité et (b) des hétérogénéités sédimentaires sur les performances réservoirs. L’estimation de capacité par l’approche statique des volumes disponibles estime une capacité moyenne d’environ 13Mt (aquifère semi-infini de 25 km par 25 km et 60m d’épaisseur à 1000 m de profondeur). Les hétérogénéités internes (sédiments argileux appelés oxbow lakes) entraînent une différence de capacité de 30%. Les simulations dynamiques confirment ces résultats et révèle une variabilité de capacité de 23% liée la connectivité des corps. De plus les hétérogénéités réduisent la migration verticale du gaz ce qui peut augmenter l’intégrité du stockage.
Author: Pierre Chiquet
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Languages : fr
Pages : 199
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Le stockage géologique du CO2 dont le but est de réduire les émissions anthropiques de gaz à effet de serre consiste à capter le CO2 produit au niveau des gros émetteurs et à l'injecter dans des formations géologiques profondes (aquifères ou réservoirs d'hydrocarbures). Nous évaluons les risques de fuite associés à ce type de stockage et estimons les quantités injectables. Deux types de fuites ont été envisagés, les fuites par rupture de l'étanchéité capillaire des couvertures et les fuites par diffusion. Le premier type de fuite repose sur les propriétés interfaciales du ternaire eau/CO2/roche : tension interfaciale saumure/CO2 et mouillabilité des roches en présence de CO2 dense. Le premier chapitre présente la mise en place d'un tensiomètre permettant de mesurer les tensions interfaciales eau/CO2 jusqu'à 45 MPa et 110°C. Les résultats, acquis suivant des isothermes, dévoilent une forte décroissance de la tension avec la pression jusqu'à 20 MPa puis, au-delà, une quasi-stagnation de ces valeurs entre 25 et 30 mN.m-1. Le second chapitre traite des propriétés de mouillabilité des roches. Un tensiomètre a été adapté de façon à mesurer en dynamique, jusqu'à 10 MPa, l'angle de contact d'une bulle de CO2 déposée en phase aqueuse sur des substrats modèles : mica et quartz. Les résultats montrent une altération de la mouillabilité avec la pression confirmée par une modélisation DLVO, des interactions entre roche, phase aqueuse et CO2. Des mesures directes de pressions d'entrée dans un échantillon argileux sont présentées dans le troisième chapitre. La diffusion, est traitée dans le quatrième chapitre. Un dispositif expérimental, basé sur la méthode de Taylor, a permis de mesurer D jusqu'à 40 MPa. Les résultats suggèrent des valeurs faibles, de l'ordre de 2.10-9m2.s-1.Les conséquences sur le stockage des grandeurs précédemment mesurées sont discutées dans le cinquième chapitre.
Author: Olivier Sissman
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La formation de carbonates constitue une option pérenne de séquestration géologique du dioxyde de carbone (CO2), susceptible de participer significativement à la réduction des émissions d’origine anthropique. Or, notre compréhension du mécanisme de carbonatation, ainsi que des blocages cinétiques rencontrés au cours de cette réaction chimique, n’est encore que peu développée. Bien qu’il existe de nombreuses études portant sur les cinétiques de dissolution des silicates basiques et de précipitation de carbonates, peu de travaux se sont intéressés à l’impact que la formation de phases secondaires non carbonatées pouvait produire sur ces cinétiques réactionnelles. C’est le parti pris par ce travail de thèse, dans la mesure où seule une bonne connaissance du mécanisme global de carbonatation pourra rendre ce procédé prédictible et efficace. Des données expérimentales de dissolution et carbonatation en réacteur fermé ont ainsi été obtenues sur des minéraux et roches pertinents. Dans une première partie, nous nous intéressons à la carbonatation de l’olivine, phase majeure des péridotites et mineure des basaltes, à 90°C et sous une pression de CO2 de 280 bars. L’altération d’olivine de San Carlos (Mg1.76Fe0.24SiO4) est inhibée par la formation d’un gel de silice en surface du minéral, dès lors que le milieu atteint la saturation vis de la silice amorphe (SiO2am). Le transport des espèces, qui se poursuit par un mécanisme de diffusion intra-solide à travers la couche de silice, devient l’étape limitante, ralentissant le processus de dissolution de l’olivine de San Carlos de cinq ordres de grandeur. En revanche, cette passivation des surfaces ne se produit pas lors de l’altération de calcio-olivine (Ca2SiO4), malgré la formation d’une couche de silice. Cette comparaison démontre que ce n’est pas la structure du silicate primaire qui contrôle les propriétés de transport de la silice, mais sa composition chimique. Le second volet se focalise sur la dynamique de formation des phases secondaires, en explorant les effets produits par l’ajout de ligands organiques, ainsi que par des variations de température. L’ajout de citrate à 90°C accélère bien la dissolution d’olivine de San Carlos d’un ordre de grandeur, et permet de libérer du magnésium en concentration suffisante pour former des carbonates avant que la silice ne précipite depuis la solution et passive les surfaces de l’olivine. Une expérience à 120°C en eau pure met en évidence le rôle de la valence du fer (et donc de la fugacité d’oxygène du système) sur les propriétés de transport de la silice, et le fait qu’un environnement réduit doit être nécessaire pour rendre viable la carbonatation de l’olivine. Enfin, une expérience similaire à 170°C montre, par la formation d’un phyllosilicate ferreux en remplacement de la silice, que la minéralogie et les propriétés passivantes des couches interfaciales évoluent avec la température. Le troisième volet de ce travail s’intéresse à la carbonatation d’une roche totale, un basalte provenant d’un site pilote de stockage de CO2 (Hellisheidi, Islande), composé de plagioclases calciques, de pyroxènes, d’oxydes de fer et d’olivines ferromagnésiennes. L’analyse minéralogique et chimique des produits de réaction à 150°C montre que c’est essentiellement l’olivine qui se carbonate. Cette étude confirme le rôle de la fO2 dans la formation de phases passivantes transitoires, et montre que le fer, lorsqu’il ne se situe pas dans le silicate, peut agir efficacement pour réduire le système et initier la formation de carbonates ferromagnésiens.
Author: Damien Herfurth
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La rapide augmentation des gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère - dont le CO2 - due aux activités humaines est considérée comme responsable des changements climatiques en cours et futurs. Les écosystèmes terrestres sont potentiellement des "puits" importants de C et pourraient contribuer à l'atténuation des GES. Les prairies permanentes (steppes, savanes, prairies de montagne, ...) couvrent 40% de la surface terrestre (hors calotte glaciaire) et leurs sols représentent potentiellement un énorme "puits" permettant de stocker du C naturellement (GIEC 2001). Cependant, les processus impliqués et leur régulation restent à préciser. L'objectif de la thèse était d'analyser l'effet des pratiques de pâturage sur le stockage de C dans le sol. Cette analyse a été réalisée à partir de données acquises sur deux dispositifs 'long terme' en prairie permanente (SOERE ACBB) et en s'intéressant aux flux de C entre les différents compartiments de l'agro-écosystème sous différentes intensités de pâturage afin i) d'étudier notre capacité à estimer le stockage de C dans le sol après 10 ans d'application de traitement, en comparant deux méthodes (méthode utilisant des tours à flux et mesure du stock de C du sol) ii) d'apporter des connaissances sur les mécanismes et régulations agissant sur les dynamiques de stockage du C. Les résultats de la comparaison des deux méthodes de mesures testées ont indiqué une séquestration nette de C dans le sol, avec un taux de séquestration moyen mesuré avec les deux méthodes de 2.21 t C ha-1 an-1 et de 2.29 t C ha-1 an-1, sans différence significative entre traitements, mais avec une tendance à une séquestration plus élevée avec la gestion plus intensive. Chaque méthode permet d'accéder à des informations différentes. L'approche avec les tours à flux permet d'identifier des interactions entre le climat et les pratiques de gestion sur les flux de C dans les prairies. Les inventaires de sol ont permis de montrer que le carbone se stocke également dans les couches plus profondes de sol. Alors que les communautés végétales ont évolué sous l'effet des traitements différenciés de pâturage, les mesures ne montrent pas d'évolution des stocks de C totaux ni des matières organiques particulaires. L'analyse des flux de C entre les différents compartiments de l'écosystème, après 7 ans d'application des traitements, montre que les traitements avec une intensité faible ou nulle ont conduit à une réduction des flux de carbone entre les compartiments du continuum de dégradation du C, tandis que les stocks de carbone des racines et des POM ne sont pas affectés par les traitements. Une étude complémentaire conduite pour estimer les productions racinaires indique que la réponse des racines (stocks et production) et des stocks de matières organiques particulaires pourrait être en partie découplée de la réponse du compartiment aérien de la végétation. A l'issue de cette étude, il nous apparaît qu'une approche plus intégrative du fonctionnement de l'écosystème est nécessaire pour accroître notre capacité de prédiction de l'impact des pratiques sur le stockage du C en prairie.
Author: Martine Castello
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ISBN: 9782868177995
Category : Atmospheric carbon dioxide
Languages : fr
Pages : 44
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Author: Gary M. Lovett
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 9780387240893
Category : Science
Languages : en
Pages : 528
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Book Description
This groundbreaking work connects the knowledge of system function developed in ecosystem ecology with landscape ecology's knowledge of spatial structure. The book elucidates the challenges faced by ecosystem scientists working in spatially heterogeneous systems, relevant conceptual approaches used in other disciplines and in different ecosystem types, and the importance of spatial heterogeneity in conservation resource management.
Author: Irving Friedman
Publisher:
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Category : Geochemistry
Languages : en
Pages : 134
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Book Description
Isoptope separation factors for the stable isotopes of hydrogen, carbon, oxygen, and sulfur are plotted as a function of temperature, in degrees Celsius.
Author: W. Petruk
Publisher: Elsevier
ISBN: 0080527337
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 287
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Book Description
Techniques of performing applied mineralogy investigations, and applications and capabilities of recently developed instruments for measuring mineral properties are explored in this book intended for practicing applied mineralogists, students in mineralogy and metallurgy, and mineral processing engineers. The benefits of applied mineralogy are presented by using in-depth applied mineralogy studies on base metal ores, gold ores, porphyry copper ores, iron ores and industrial minerals as examples. The chapter on base metal ores includes a discussion on the effects of liberation, particle sizes and surfaces coatings of Pb, Cu, Fe, Ca and So4- on the recoveries of sphalerite, galena and chalcopyrite. The chapter on gold discusses various methods of determining the quantities of gold in different minerals, including 'invisible' gold in pyrite and arsenopyrite, so that a balance of the distribution of gold among the minerals can be calculated. This book also discusses the roles of pyrite, oxygen, moisture and bacterial (thiobacillus ferrooxidans) on reactions that produce acidic drainage from tailings piles, and summarizes currently used and proposed methods of remediation of acidic drainage.
Author: Jürgen Runge
Publisher: CRC Press
ISBN: 1000431150
Category : Science
Languages : en
Pages : 412
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Book Description
This book celebrates the relaunch of the African Pollen Database, presents state-of-the-art of modern and ancient pollen data from sub-Saharan Africa, and promotes Open Access science. Pollen grains are powerful tools for the study of past vegetation dynamics because they preserve well within sedimentary deposits and have a huge diversity in ornamentation that allows different taxa to be determined. The reconstruction of past vegetation from the examination of ancient pollen records thus can be used to characterize the nature of past landscapes (e.g. abundance of forests vs. grasslands), provide insights into changes in biodiversity, and gain empirical evidence of vegetation response to climatic change and human activity. In this, the 35th Volume of "Palaeoecology of Africa", we bring together new data and extensive synthetic reviews to provide novel insights into the relationships between human evolution, human activity, climate change and vegetation dynamics during the Quaternary, the last 2.6 million years. Current and ongoing climate and land-use change is exerting pressure on modern vegetation formations and threatening the livelihoods and wellbeing of many peoples in Africa. In this book the focus is on the Quaternary because it is during this geological period that the modern vegetation formations developed into their current configurations against a backdrop of high magnitude global climate change (glacial-interglacial cycles), human evolution, and a growing human land-use footprint. In this book the latest information is presented and collated from around the African continent to parameterize past vegetation states, identify the drivers of vegetation change, and assess the vegetation resilience to change. To achieve this research from two broad themes are covered: (i) the present is the key to the past (i.e. studies which improve our understanding of modern environments so that we can better interpret evidence from the past), and (ii) the past is the key to the future (i.e. studies which unlock information on how and why vegetation changed in the past so one can better anticipate trajectories of future change). This Open Access book will provide a strong foundation for future research exploring past ecological, environmental and climatic change within Africa and the surrounding islands. The book is organized regionally (covering western, eastern, central, and southern Africa) and it contains specialized articles focused on particular topics (such as modern pollen-vegetation relationships and fire as a driver of vegetation change), as well as regional and pan-African syntheses drawing together decades of research to assess key scientific questions (including the role of climate in driving vegetation change and the role of vegetation change in human evolution). These articles will be useful to students and teachers from high school to the highest level of university who are interested in the origins and dynamics of vegetation in Africa. Furthermore, it is also meant to provide societally relevant information that can act as an inspiration for the development of sustainable management practices for the future.
