La caractérisation et l’évaluation du complexe de stockage potentiel et des environs visées à l’article 4, paragraphe 3, s’effectuent en trois étapes selon les meilleures pratiques en vigueur au moment de l’évaluation et les critères ci-après. Des dérogations à un ou plusieurs de ces critères peuvent être autorisées par l’autorité compétente à condition que l’exploitant ait apporté la preuve que cela ne nuit pas à l’efficacité de la caractérisation et de l’évaluation pour les déterminations prévues à l’article 4.
Étape 1: Collecte des données
Il convient de rassembler suffisamment de données pour construire un modèle géologique volumétrique et tridimensionnel (3D) statique du site de stockage et du complexe de stockage y compris la roche couverture, ainsi que des environs y compris les zones communiquant par des phénomènes hydrauliques. Ces données concernent au minimum les caractéristiques intrinsèques suivantes du complexe de stockage:
a) géologie et géophysique;
b) hydrogéologie (en particulier, existence d’aquifères destinés à la consommation);
c) ingénierie des réservoirs (y compris calculs volumétriques du volume du pore pour l’injection du CO2 et capacité finale de stockage);
d) géochimie (vitesses de dissolution, vitesses de minéralisation);
e) géomécanique (perméabilité, pression de fracture);
f) sismicité;
g) présence de voies de passage naturelles ou créées par l’homme, y compris les puits et les forages, qui pourraient donner lieu à des fuites, et état de ces chemins de fuite.
Des documents sont présentés concernant les caractéristiques ci-après des alentours du complexe:
h) domaines entourant le complexe de stockage susceptibles d’être affectés par le stockage de CO2 dans le site de stockage;
i) distribution de la population dans la région au-dessous de laquelle se situe le site de stockage;
j) proximité de ressources naturelles importantes [en particulier sites Natura 2000 conformément à la directive 79/409/CEE du Conseil du 2 avril 1979 concernant la conservation des oiseaux sauvages et à la directive 92/43/CEE du Conseil du 21 mai 1992 concernant la conservation des habitats naturels ainsi que de la faune et de la flore sauvages, aquifères d’eau potable et hydrocarbures];
k) activités autour du complexe de stockage et interactions possibles avec ces activités (par exemple, exploration, production et stockage d’hydrocarbures, exploitation géothermique des aquifères et utilisation de réserves d’eau souterraines);
l) proximité des sources potentielles de CO2 (y compris estimations de la masse totale potentielle de CO2 pouvant faire l’objet d’un stockage dans des conditions économiquement avantageuses) et réseaux de transport adéquats.
Étape 2: Construction du modèle géologique tridimensionnel statique
À l’aide des données collectées lors de l’étape 1, il s’agit de construire un modèle ou une série de modèles géologiques tridimensionnels statiques du complexe de stockage proposé, y compris la roche couverture et les zones et fluides communiquant par des phénomènes hydrauliques, en utilisant des simulateurs de réservoirs sur ordinateur. Le ou les modèles géologiques statiques caractérisent le complexe sous les angles suivants:
a) structure géologique du piège naturel;
b) propriétés géomécaniques et géochimiques et propriétés d’écoulement du réservoir, des couches sus-jacentes (roche couverture, formations étanches, horizons poreux et perméables) et des formations environnantes;
c) caractérisation du système de fractures et présence éventuelle de voies de passage créées par l’homme;
d) superficie et hauteur du complexe de stockage;
e) volume de vide (y compris répartition de la porosité);
f) répartition des fluides dans la situation de référence;
g) toute autre caractéristique pertinente.
L’incertitude associée à chacun des paramètres utilisés pour construire le modèle est évaluée en élaborant une série de scénarios pour chaque paramètre, et en calculant les intervalles de confiance appropriés. L’incertitude éventuellement associée au modèle proprement dit est également évaluée.
Étape 3: Caractérisation du comportement dynamique du stockage, caractérisation de la sensibilité, évaluation des risques
Les caractérisations et l’évaluation reposent sur une modélisation dynamique comprenant des simulations d’injection de CO2 dans le site de stockage avec différents pas de temps à l’aide du ou des modèles géologiques tridimensionnels statiques fournis par le simulateur du complexe de stockage sur ordinateur conçu à l’étape 2.
Étape 3.1: Caractérisation du comportement dynamique du stockage
Les facteurs suivants sont au moins pris en considération:
a) débits d’injection possibles et propriétés des flux de CO2;
b) efficacité de la modélisation couplée des processus (c’est-à-dire la façon dont les divers effets reproduits par le ou les simulateurs interagissent);
c) processus réactifs (c’est-à-dire la façon dont les réactions du CO2 injecté avec les minéraux in situ sont intégrées dans le modèle);
d) simulateur de réservoir utilisé (plusieurs simulations peuvent s’avérer nécessaires pour valider certaines observations);
e) simulations à court et long termes (pour déterminer le devenir du CO2 et son comportement au cours des siècles et des millénaires, ainsi que la vitesse de dissolution du CO2 dans l’eau).
La modélisation dynamique fournit des informations sur:
f) la pression et la température de la formation de stockage en fonction du débit d’injection et de la quantité injectée cumulée dans le temps;
g) la superficie et la hauteur de la zone de diffusion du CO2 en fonction du temps;
h) la nature du flux de CO2 dans le réservoir, ainsi que le comportement des phases;
i) les mécanismes et les vitesses de piégeage du CO2 (y compris les points de fuite et les formations étanches latérales et verticales);
j) les systèmes de confinement secondaires au sein du complexe de stockage global;
k) la capacité de stockage et les gradients de pression du site de stockage;
l) le risque de fracturation des formations de stockage et de la roche couverture;
m) le risque de pénétration du CO2 dans la roche couverture;
n) le risque de fuite à partir du site de stockage (par exemple, par des puits abandonnés ou mal scellés);
o) la vitesse de migration (dans les réservoirs ouverts);
p) les vitesses de colmatage des fractures;
q) les modifications dans la chimie des fluides, ainsi que les réactions subséquentes intervenant dans les formations (par exemple, modification du pH, formation de minéraux) et l’intégration de modélisation réactive pour évaluer les effets;
r) le déplacement des fluides présents dans les formations;
s) l’accroissement de la sismicité et de l’élévation au niveau de la surface.
Étape 3.2: Caractérisation de la sensibilité
Des simulations multiples sont réalisées pour déterminer la sensibilité de l’évaluation aux hypothèses posées concernant certains paramètres. Les simulations sont réalisées en faisant varier les paramètres dans le ou les modèles géologiques statiques et en modifiant les fonctions du débit et les hypothèses s’y rapportant lors de la modélisation dynamique. Une sensibilité appréciable est prise en compte dans l’évaluation des risques.
Étape 3.3: Évaluation des risques
L’évaluation des risques est notamment constituée des composantes ci-après:
3. 3.1. Caractérisation des dangers
La caractérisation des dangers consiste à caractériser le risque de fuite à partir du complexe de stockage, tel qu’il est établi par la modélisation dynamique et la caractérisation de la sécurité décrites ci-dessus. À cet effet, les aspects suivants sont notamment pris en considération:
a) les chemins de fuite potentiels;
b) l’ampleur possible des fuites pour les chemins de fuite recensés (débits);
c) les paramètres critiques pour le risque de fuite (par exemple, pression maximale du réservoir, débit d’injection maximal, température, sensibilité du ou des modèles géologiques statiques aux diverses hypothèses);
d) les effets secondaires du stockage de CO2, notamment les déplacements des fluides contenus dans les formations et les nouvelles substances créées par le stockage de CO2;
e) tout autre facteur pouvant représenter un danger pour la santé humaine ou pour l’environnement (par exemple, structures physiques associées au projet).
La caractérisation des dangers couvre toutes les conditions d’exploitation possibles permettant de tester la sécurité du complexe de stockage.
3. 3.2.
Évaluation de l’exposition — basée sur les caractéristiques de l’environnement et la distribution et les activités de la population humaine au niveau du complexe de stockage, ainsi que sur le comportement et le devenir potentiels du CO2 s’échappant par les chemins de fuite mis en évidence lors de l’étape 3.3.1.
3. 3.3.
Évaluation des effets — basée sur la sensibilité d’espèces, de communautés ou d’habitats particuliers aux fuites potentielles envisagées à l’étape 3.3.1. Le cas échéant, il convient de tenir compte des effets d’une exposition à des concentrations élevées de CO2 dans la biosphère [y compris dans les sols, les sédiments marins et les eaux benthiques (asphyxie, hypercapnie) et du pH réduit dans ces environnements, du fait des fuites de CO2]. L’évaluation porte également sur les effets d’autres substances éventuellement présentes dans les flux de CO2 qui s’échappent (impuretés présentes dans le flux d’injection ou nouvelles substances créées par le stockage du CO2). Ces effets sont envisagés pour différentes échelles temporelles et spatiales, et sont associés à des fuites d’ampleur variable.
3. 3.4.
Caractérisation des risques — elle comprend une évaluation de la sécurité et de l’intégrité du site à court et à long termes, et une évaluation du risque de fuite dans les conditions d’utilisation proposées, ainsi que des conséquences sanitaires et environnementales dans le pire des scénarios. La caractérisation des risques s’appuie sur l’évaluation des dangers, de l’exposition et des effets. Elle comporte une évaluation des sources d’incertitude identifiées au cours des étapes de caractérisation et d’évaluation du site de stockage et, si les circonstances le permettent, une description des possibilités de réduction de l’incertitude.