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L’eau douce, indispensable aux activités pétrolières comme aux énergies renouvelables, est une ressource vitale en tension croissante. Sa gestion durable représente un enjeu d’autant plus crucial : ORCAD (Online and Realtime Characterization of Aquifer Dynamic), fruit de la dynamique d’innovation de Total, répond pleinement à cette exigence. Système de monitoring de nouvelle génération, ORCAD fournit les clés pour limiter au maximum l’empreinte environnementale des sites industriels de l’EP sur les eaux souterraines sous-jacentes.

ORCAD : Un système de monitoring de nouvelle génération – Exploration-Production – Total

Une vision en 3d de la dynamique des eaux du sous-sol

Les nappes d’eau souterraines ne sont pas de longs fleuves tranquilles. Les hétérogénéités géologiques du sous-sol complexifient leur circulation. Les écoulements, plus rapides dans certains milieux que dans d’autres, suivent des chemins préférentiels qui leur offrent une moindre résistance. Cette dynamique échappe à l’approche classique de monitoring : l’échantillonnage et l’analyse en laboratoire d’échantillons d’eaux prélevés périodiquement ne délivrent en effet qu’une cartographie statique 2D des concentrations de contaminants potentiels.

ORCAD, système disruptif de monitoring de ces eaux in situ, en temps réel et en continu, change la donne : il permet d’accéder, pour la première fois, à une vision en 3D de la circulation des écoulements d’eau souterrains. Tout en révélant leurs méandres, il appréhende aussi la variabilité spatiale et temporelle de leur vitesse. Deux informations indispensables pour prédire le trajet et le flux de propagation d’une éventuelle contamination depuis sa source jusqu’à un récepteur potentiel (puits d’alimentation, plan d’eau, rivière, surface agricole, milieu marin côtier, etc.), et donc pour guider efficacement la stratégie qui permettra d’en limiter au maximum les effets.

Fruit de la R&D des équipes SESD (Safety, Environment and Sustainable Development) et CCUS (Carbon Capture Utilization and Storage) de Total, le développement d’ORCAD a débuté en 2017 dans les laboratoires du centre de recherche de Total à Lacq (PERL), en France. Puis il fait ses preuves sur le pilote ADYCHATS (Aquifer DYnamic CHAracterization Tools System) déployé en 2018 sur la plateforme expérimentale de 6 hectares du PERL sur l’Usine de Lacq. Ses résultats probants ont permis de mettre en pratique cette approche innovante sur un cas réel de surveillance et de caractérisation d’un panache existant de contaminants, avec un démonstrateur industriel réalisé en 2020 avec RETIA, filiale de Total spécialisée dans la réhabilitation des sites industriels.

Monitoring à haute performance et moindre cout

Ses performances, ORCAD les doit à l’intégration de technologies innovantes, conçues pour concilier des mesures à haute résolution et les coûts les plus bas.

La mesure directe in situ de la vitesse d’écoulement des eaux (direction et amplitude) constitue la pièce maîtresse du saut technologique franchi par ORCAD. Elle est réalisée par des sondes de vitesse ponctuelle (Point Velocity Probe ou PVP), développées avec l’Université du Kansas (Etats-Unis). Fabriquées par impression 3D, elles sont tout aussi précises qu’économiques. Reliées entre elles par des tubes en PVC, elles sont descendues aux profondeurs souhaitées dans un forage tubé. Au retrait du tubing, le terrain s’effondre sur les sondes qui se retrouvent ainsi au contact direct de la nappe phréatique. À la clé, trois véritables révolutions :

  • des mesures qui ne sont pas altérées par l’effet de la crépine présente dans le piézomètre utilisé par un monitoring classique ;
  • des mesures des flux en 3D, grâce aux capteurs latéraux et verticaux qui équipent les sondes et offrent une mesure de la direction des écoulements à quelques degrés près ;
  • une précision inégalée, avec une mesure de l’amplitude de vitesse à l’unité près, quand le monitoring actuel ne permet d’estimer qu’un ordre de grandeur de cette vitesse.

La caractérisation physico-chimique des eaux sur CADYLACQ a utilisé une solution intermédiaire et provisoire : une chromatographie en phase gazeuse portative, déployée en surface. À la clé, une analyse de l’échantillon sur site, en 30 minutes (contre plusieurs jours pour une analyse en laboratoire). Demain, le suivi des paramètres physiques et chimiques et de la concentration de contaminants potentiels de l’eau sera, comme la mesure de vitesse, réalisé directement in situ et en continu, par un ensemble de microcapteurs passifs très économiques, en cours de dépôts de brevet et d’ores et déjà en test sur ADYCHATS.

Des technologies digitales, en cours de développement, assureront demain le traitement et la visualisation 3D des données acquises in situ et transmises, sans fil, jusqu’à un centre de contrôle déporté pour aider à la prise de décision en temps réel en cas de détection d’une anomalie.

Une protection améliorée de l'eau douce

Conçue pour permettre un suivi de la dynamique et de la qualité des eaux souterraines plus performant qu’exigé par la réglementation actuelle, ORCAD signe la proactivité de la R&D environnementale du Groupe, mobilisée pour réaliser l’ambition de Total de devenir la major de l’énergie responsable.

Les sites industriels ne sont que le premier terrain d’application d’ORCAD, dont le potentiel est à la hauteur de l’enjeu que représente la protection de la ressource en eau douce. Demain, ce système pourra, en particulier, s’adapter à la surveillance des stockages géologiques de CO2 en utilisant la fibre optique, en lieu et place de microcapteurs, afin de détecter d’éventuelles fuites de CO2 dans une nappe phréatique.

Bien d’autres secteurs d’activité, industriels ou agricoles, pourraient à l’avenir en faire un allié efficace pour contribuer à la protection de l’eau douce.

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Le centre de recherche Total (PERL) à Lacq