CO2 convective dissolution in a 3-D granular porous medium: an experimental study
Résumé
Geological storage of CO2 in deep saline aquifers is a promising measure to mitigate global warming
by reducing the concentration of this greenhouse gas in the atmosphere. When CO2 is injected in the
geological formation, it dissolves partially in the interstitial brine, thus rendering it denser than the
CO2-devoid brine below, which creates a convective instability. This instability has been intensively
discussed by numerical and theoretical approaches at the Darcy scale, but few experimental studies have
characterized them quantitatively. By using both refractive index matching and planar laser induced
fluorescence, we measure the onset characteristics of the convective dissolution instability in a 3-D
porous medium located below a gas compartment. Within the CO2 partial pressure range studied, our
results highlight that the dimensional growth rate of the instability remains constant and one to three
orders of magnitude larger than the predicted value. We demonstrate that these experimental results are
consistent with a forcing of convection by porosity fluctuations.
Le stockage géologique du CO2 dans les aquifères salins est une mesure prometteuse pour réduire les
émissions de ce gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Lorsque le CO2 est injecté dans de telles for-
mations géologiques, il se dissout en partie dans l’eau salée interstitielle, créant ainsi une couche riche
en CO2 et située au dessus de l’eau salée sans CO2, qui est plus légère. Cela provoque une instabilité
convective, qui a surtout été étudiée par des approches numériques et théoriques fondées sur le cou-
plage densitaire entre l’équation de transport du CO2 dissous et la loi de Darcy. En utilisant à la fois un
ajustement d’indice optique et une technique de fluorescence induite par laser, nous avons mesuré ex-
périmentalement les caractéristiques de cette instabilité dans un milieu poreux granulaire 3D surmonté
par un réservoir de gaz. Dans la gamme de pression partielle de CO2 étudiée, les résultats montrent
que le taux de croissance de l’instabilité reste constant et se trouve un à trois ordres de grandeur au
dessus des prédictions théoriques. Nous démontrons que ces résultats sont compatibles avec un forçage
de l’instabilité par des fluctuations de porosité.
Domaines
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