Benchmark Couplex-Gaz Synthèse des résultats et enseignements Jean Talandier Andra

1. Benchmark Couplex-Gaz Synthèse des résultats et enseignements Jean Talandier Andra

2. Couplex-Gaz Organisation et planning • Couplex – Gaz regroupe 2 cas tests: • Modélisation 2D d’une alvéole de déchets de Moyenne activité à vie longue • début juin 2006- fin janvier 2007 • workshop 4 et 5 avril 2007 • Modélisation 3D d’une zone de stockage de déchets vitrifiés • début avril 2007 – fin février 2008 • Comité scientifique composé de : • Andro Mikelic, Paul Marschall, Olivier Pironneau, Michel Vauclin, Jacques Wendling • L’exercice Couplex-Gaz est organisé par l’Andra en coopération avec MOMAS Proposer des cas de calcul concrets représentatifs des spécificités du stockage souterrain

3. Couplex-Gaz Principaux objectifs de l’exercice Couplex-Gaz Améliorer la confiance dans les outils de calcul utilisés pour évaluer l’impact des gaz sur le stockage Identifier les difficultés numériques associées à la simulations des écoulements biphasiques en milieux poreux dans le contexte du stockage Mettre en lumière de nouvelles méthodes numériques et de nouveaux outils Comment estimer paramètres critiques : La pression maximale de gaz, la saturation autour des colis et les flux d’eau induits par les surpressions de gaz Identifier des équipes avec lesquelles l’Andra puisse travailler pour ses prochaines campagnes de simulations

4. Couplex-Gaz • Participants pour Couplex-Gaz 1 • CEA (F. Caro) • Colenco (A. Pollers, J. Croisé) • ECN/Université de Toulon (M. Saad, C. Galusinsky) • EDF (S. Granet, C. Chavant) • GRS (V. Javeri) • Intera (R. Senger) • IRSN/Université de Pau (B. Amaziane, M. Dymitrowska, M. El Ossmani, C. Serres) • Socotec (L.-V. Benet) • Université de Liège (R. Charlier, F. Collin, P. Gerard, J.P. Radu)

5. Couplex-Gaz • Participants pour Couplex-Gaz 2 • Colenco/LBL (J. Croisé, K. Zhang) • EDF (S. Granet, M. Ben-Sekkou, C. Chavant) • GRS (V. Javeri) De 9 participants pour le premier test (2D) à 3 participants pour le second (3D) (Comparaison avec l’exercice Couplex (A. Bourgeat & Al, 2001) 8 participants Couplex1, 4 participants Couplex2)

6. Couplex-Gaz Cas 1 Fort contrastes de propriétés • Perméabilité • Porosité • Pression d’entrée de gaz • Courbes de rétention capillaire • et de perméabilité relative

7. Couplex-Gaz Cas 1 Pression de gaz dans la zone colis Fin de l’injection de gaz Première phase d’injection de gaz

8. Couplex-Gaz Cas 1 Quelques indicateurs… Saturation en eau dans la zone colis Pression de gaz maximum

9. Couplex-Gaz Cas 1 Phase de production de gaz Bonne cohérence sur la pression et sur la saturation en eau Phase de resaturation de la zone colis Bonne concordance de la pression de gaz La saturation en eau est difficile à évaluer durant cette phase

10. Couplex-Gaz Cas 1 La saturation en eau est inférieure à 99% dans l’argilite saine Forte dépendance vis à vis du modèle utilisé Pression de gaz dans le Cox Saturation en eau dans le Cox Partie de la courbe utilisée

11. Couplex-Gaz Cas 1 Stratégies de maillage Nombre de mailles

12. Couplex-Gaz – Cas 2 Modélisation 3D d’une zone de stockage

13. Couplex-Gaz – Cas 2 Cox Alvéoles galeries Scellements Scellements Motif retenu pour le benchmark

14. Couplex-Gaz – Cas 2 Pression de gaz maximale dans le domaine Temps de resaturation Evolution de la saturation en eau dans la galerie

15. Couplex-Gaz – Cas 2 Saturation en gaz dans la galerie d’accès (coupe verticale - EDF) t =0 GRS t =1000 ans Resaturation par la galerie : Forte influence de la condition à la limite Sw=1 sur le scellement

16. Couplex-Gaz – Cas 2 Choix pour le calcul Nombre de mailles Temps de calcul

17. Couplex-Gaz – Cas 2 Objectif: Proposer des solutions pour alléger le calcul Stratégies proposées Colenco : Calcul parallèle et décomposition de domaine Utilisation du code de calcul Tough2-MP (K. Zhang, Y. Wu and K. Pruess, Earth Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory) (METIS + AZTEC + MPI ) GRS : Réduction du nombre de mailles / Réduction du domaine de calcul en fonction des indicateurs attendus Epaisseur de la couche géologique ~130m 6m

18. Couplex-Gaz – Cas 2 Evaluation de la pression de gaz dans la galerie GRS

19. Conclusion et enseignements • Bon niveau de mobilisation avec 10 équipes impliquées, issues de 5 pays différents • Résultats intéressants sur l’ensemble des modélisations proposées avec notament une large variété de choix de méthodes de résolution • Résultats concordants pendant les phases de production de gaz les plus intenses •  permet d’accroitre la confiance sur certains indicateurs (ex: pression de gaz) et sur le comportement global du système • Difficultés pour modéliser la phase de resaturation (atteinte de l’équilibre hydraulique) •  une certaine dispersion des résultats pour cette phase • Difficulté à motiver les équipes sur des benchmarks 3D • Quelques voies de progrès… • Homogénéisation du terme de source de gaz • Simulation à plus grande échelle

20. Temps de calcul Le temps total de simulation n’est pas le même Pour chaque simulation (50000 1 million années) Nombre d’éléments dans le maillage Difficultés de convergence au début de simulation et quand le domaine est proche de la saturation totale à la fin de la simulation

21. Equilibration phase 0 ~300 years Water saturation in concrete Initial conditions Pw and Sw Water pressure at 250 years

22. Equipes et codes de calcul