Gaz naturel sans gaz carbonique, pourquoi?

[ecolami]

Bonjour,
Les gisements de gaz naturel contiennent trés peu de gaz carbonique. Or si on admet que le méthane est issu de fermentation anaérobie il devrait y avoir beaucoup de gaz carbonique.
Comme ce n'est pas le cas il y a deux possibilités

1. la formation du gaz s'est faite sans gaz carbonique et alors il faut expliquer comment. En particulier d'ou provient l'hydrogène qui est fixée au carbone. Sur terre quand on veut de l'hydrogène on l'obtient avec l'eau (on l'obtient aussi avec du gaz naturel)
2. le piège qui a retenu le gaz naturel n'a pas pu retenir le gaz carbonique et là ça met en cause les techniques de captage du CO2 et stockage souterrain

En présence d'eau et sous forte pression de gaz carbonique il y a de l'Acide carbonique en solution et il peut attaquer certaines roches
J'ai pose la question sur ce forum parce qu'il s'agit d'un problème de géochimie, me semble-t-il.
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[Tawahi-Kiwi]

Salut,

Je m'y connais pas bien en biogeochimie (et chimie organique tout court), neanmoins, es-tu sur que le CO₂ se forme en quantite raisonnable?

Rien que la composition de la matiere organique (moyenne), c'est 20 wt.% de carbone, 60 wt.% d'oxygene, 10 wt.% d'hydrogene et 5 wt.% d'azote (a 1 ou 2% pres).
Sachant que ceci est essentiellement compose d'eau, pour chaque wt.% d'eau, c'est 0,88 wt.% d'oxygene et 0,12 wt.% d'hydrogene. Un calcul simpliste donne donc que les 60% d'oxygene peuvent etre sous forme d'eau, laissant toujours 2-3 wt.% d'hydrogene inutilise...

Ensuite vient les conditions d'enfouissement en milieu reducteur anoxique. Pas plus d'oxygene disponible de l'environnement, on est donc dans des conditions de basse fugacite en oxygene ou l'equilibre CH₄/H₂O est bien plus favorise que l'equilibre CO₂/H₂O. Les trois especes co-existent CH₄-H₂O-CO₂ (et CO, et C₂H₄ etc.) mais pour avoir un gisement de gaz digne de ce nom, l'equilibre doit etre fortement deplace vers le cote reducteur (CH₄ aux detriments de CO₂).


Diagramme des especes dans le systeme C-H-O pour differentes fugacite en oxygene. le monoxyde de carbone n'est pas represente ce qui compliquerait le diagramme et les conditions n'ont pas grand chose a voir avec les gisements de gaz naturels (ici, c'est le manteau, a 3 GPa et 1300 K ); neanmoins, le comportement general reste le meme. CO₂ et CH₄ peuvent coexister mais ne seront jamais tout les deux en abondantes quantites. C'est l'un ou l'autre, avec ± beaucoup d'eau qui se forme.
Foley, 2011

T-K

[Baal149]

Bonjour,

Je ne suis pas compétent pour dire si la fermentation anaérobique produit beaucoup de CO₂. En revanche, si CO₂ il y a en grande quantité, il a peut être été séquestré sous forme de carbonate.

[ecolami]

Bonjour,

Je ne suis pas compétent pour dire si la fermentation anaérobique produit beaucoup de CO₂. En revanche, si CO₂ il y a en grande quantité, il a peut être été séquestré sous forme de carbonate.

bonjour,
C'est l'hypothèse que je formule en seconde explication.
Sur ce lien http://www.biogaz-energie-renouvelab...mposition.html on a un tableau de composition de biogaz suivant les substrat on y voit que la teneur en gaz carbonique va de 19 a 38% alors que le gaz naturel n'en contient plus que quelques pour cent.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tawahi-Kiwi]

Bonjour,

Je ne suis pas compétent pour dire si la fermentation anaérobique produit beaucoup de CO₂. En revanche, si CO₂ il y a en grande quantité, il a peut être été séquestré sous forme de carbonate.

Il y a deux choses a considerer dans un gisement de gaz, le facteur de temps, et la sequestration dans un reservoir, qui n'est pas la roche primaire.

La roche primaire est reductrice avec un fO₂ rendant le CO₂ reactif avec l'encaissant (sans doute un peu de la meme maniere que le CO₂ est incorpore dans les roches ultramafiques). Le produit de la reaction est en effet la carbonatation de l'encaissant.

Le facteur temps est egalement a prendre en compte. Les reactions initiales biochimiques peuvent produire CO₂ et CH₄ mais a l'echelle geologique, il y a une maturation du materiel. je soupconne donc un melange CH₄+H₂O+CO₂ ou le dernier terme est abondant dans un milieu a basse fO₂ et plein de carbone de consommer une bonne partie du CO₂ tout en deshydrogenant la roche. C'est d'ailleurs la reaction classique de charbonisation apres que la matiere organique soit transformee en tourbe.

T-K

[Almandin]

Bonjour,

De mémoire, un petit détail non-négligeable aussi : la température. La "fenêtre à gaz", comme l'appellent les géologues pétroliers, se situe sous des conditions supérieures à 200 °C. Dans une croûte normale, on est déjà à quelques km de profondeur avec une roche bien compactée et indurée.

Sur terre quand on veut de l'hydrogène on l'obtient avec l'eau (on l'obtient aussi avec du gaz naturel)

J'ai eu cette discussion avec des collègues la semaine dernière. La grande majorité de l'hydrogène produit est issue du gaz naturel (donc pas encore l'énergie propre que tout le monde essaye de vendre...).

[ecolami]

Bonjour,
si le mélange initial méthane, gaz carbonique et eau réagit sur la roche pour faire disparaitre le gaz carbonique on a production d'hydrogène et donc cela favorise la transformation réductrice en méthane des matières organiques Mais sans doute plus par fermentation mais par action de la pression et température puisqu'il semble nécessaire d'avoir 200°C. Je ne sais pas si a 200°C l'hydrogène peut se combiner facilement aux matières organique pour former du méthane, en particulier quelle pression règne dans les gisements de gaz.
La conséquence est que les options de stockage souterrain de gaz carbonique peuvent évoluer vers une carbonatation des roches encaissantes. Et si on a pas de chance s'échapper dans l'atmosphère.

[Tawahi-Kiwi]

Mais sans doute plus par fermentation mais par action de la pression et température puisqu'il semble nécessaire d'avoir 200°C.

La pression de formation (la fenetre a gaz qu'Almandin mentionne) necessite aux alentours de 1-2 kbar de pression pour des temperatures superieures a 150ºC.

Source: Murck et al., 1996

Le diagramme suivant montre bien la maturation du reservoir kerogene et les variations C-H-O.

Source: Petroleum Geology, Chulalongkorn University
Si j'en crois ce graphique, un gisement kerogene non mature de gaz naturel a un rapport C-H-O de 10-10-2 atomique.

Donc en assumant un cas ideal anhydre, le rapport initial CH₄/CO₂ est de 2,5 avec une production de CO₂+H₂O qui reduit ce rapport au moins de 30-50%. Les reactions de maturation suivantes sont de la dehydrogenation du kerogene, avec comme produits CH₄+H₂O. Le methane du gaz naturel, de ce que je comprends de cette evolution serait donc essentiellement produit posterieurement a la formation de CO₂ pour etre transporte et mis en place dans un piege adequat.

La conséquence est que les options de stockage souterrain de gaz carbonique peuvent évoluer vers une carbonatation des roches encaissantes. Et si on a pas de chance s'échapper dans l'atmosphère.

Le CO₂ injecte dans un reservoir de gaz naturel se fera dans l'un de ces pieges, avec un toit impermeable au methane, mais egalement au CO₂. La carbonatation peut avoir lieu dans des roches adequates (basaltes, ultramafites) ou etre adsorbes (shales ?), ailleurs il reste sous forme supercritique dans la porosite de la roche. Neanmoins, d'autres reactions existent, surtout dans les cas phreatiques ou CO₂+H₂O dans des roches carbonatees peut entrainer des problemes futurs.

T-K

[ecolami]

Bonjour,
MERCI C'est très interessant.
Je comprend mieux!