Formation d’hydrates de méthane

 Formation d’hydrates de méthane

La formation d’hydrates de méthane nécessite une température basse et une forte pression. Les zones sédimentaires maintenues à une température fixe par les cryostats sont donc mises sous pression de méthane. La mise en pression du système se fait très lentement et de façon homogène afin de ne pas créer de mouvement de fluide au sein des carottes (une montée en pression rapide et seulement à certains endroits du dispositif engendrerait des gradients de pression dans le milieu poreux, d’où un écoulement de l’eau contenue en son sein et une modification du système).

La formation d’hydrates de méthane sédimentaire doit être la plus homogène possible. Le volume de méthane libre pour la formation des hydrates étant relativement faible, une deuxième mise en pression peut éventuellement avoir lieu après quelques heures afin de rester dans la zone de stabilité des hydrates de méthane. Le système est ensuite mis au repos pendant 24 h afin de permettre la formation complète des hydrates de méthane. La formation est une réaction exothermique et consommatrice de gaz (figure 7.1).

Le suivi de cette étape de formation est effectué grâce aux mesures de pression et de température à différents endroits du système. Lorsque la pression du système se stabilise, on peut en conclure que la formation est terminée. • Formation secondaire Le taux de conversion d’hydrates de méthane formés peut croître si la force motrice de formation est diminuée (en réduisant la pression vers la pression d’équilibre pour la température du système ou en augmentant la température vers la température d’équilibre pour la pression du système).

Ce phénomène que nous qualifierons de « formation secondaire » peut s’expliquer de deux façons différentes. Premièrement, la saturation en méthane de l’eau à l’équilibre diminue avec la décroissance de la pression ou l’augmentation de la température. En cas de dépressurisation ou de réchauffage, l’eau devient subitement sursaturée en méthane, relâchant par dégazage du méthane qui peut participer à la formation d’hydrates.

De plus, une diminution de pression ou une augmentation de température peut engendrer un écoulement de méthane dans l’eau, facilitant la formation d’hydrates et l’augmentation du taux de formation. Deuxièmement, pendant la formation d’hydrates, une partie de l’eau peut ne plus être au contact de la phase gazeuse, l’hydrate se formant à l’interface gaz/liquide, des poches isolées 114 7 – Protocole expérimental d’eau contenant du méthane dissous peuvent se créer.

Quand la pression diminue ou la température augmente, ces poches deviennent sur-pressurisées, relâchent donc du méthane par dégazage qui peut fissurer l’hydrate, augmentant la surface de réaction entre la phase liquide et la phase gaz et ainsi faciliter une formation secondaire d’hydrates de méthane. La présence de ce phénomène introduit ainsi dans le protocole de formation des hydrates des paliers à différentes pressions assez proches de la pression d’équilibre afin d’optimiser le taux de formation des hydrates de méthane sédimentaires. Figure 7.1 – Courbes de pression et de température pendant la formation d’hydrates 

Dissociation d’hydrates

Avant de passer à l’étape de dissociation des hydrates de méthane formés, le système est dépressurisé très lentement jusqu’à une pression légèrement supérieure à la pression d’équilibre pour la température fixée par les cryostats (cette dépressurisation, responsable d’une légère diminution en température du système, est très lente afin de ne pas atteindre une température en dessous de 0°C et de ne pas former de glace).

Une mise au repos de quelques minutes est nécessaire ensuite afin de permettre au sédiment partiellement saturé en hydrates de méthane de revenir à sa température de consigne. A cet instant là, toutes les lignes 115 7 – Protocole expérimental d’interconnections entre les zones sédimentaires (lignes pointillées sur la figure partie), hormis celles entre deux zones successives, sont fermées afin d’isoler le système. Dans le dispositif expérimental présenté ci-d