Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
2.-
Jus~u'à pr~sent, on a admis qu'il fallait avoirune hauteur H, entre le sommet de la caverne et le point
bas de la nappe phréatique, au moins égale à la pression
P du gaz dans la caverne exprim~e en hauteur d'eau, pour
que le produit stocké ne s'infiltre pas dans le terrain,
c'est-~-dire pour qu'il n'y ait pas de fuite. La diffé-
rence était considérée comme une marge de sécurité.
On s'est aperçu récemment (voir notamment
1'exposé de B. Aberg lors de la session 4 du salon
Roskstore tenu à Stockholm, du 5 au 8 septembre 1977
que la pression maximale admissible dans une caverne
(au-dessus de laquelle il y a fuite) était inferieure
à la charge hydrostatique H au toit du stockage.
Ce problème est mentionné également dans
d'autres documents:
- le brevet suisse ~o. 404.548 du 15 décembre
1965, au nom de Sven Erik Gustaf Hultgren, décrit la
création d'une nappe phréatique artificielle et indique
que la pression de l'eau doit être supérieure à celle
du stockage, sans plus,
- le brevet américain No. 2.661.062 du ler dé-
cembre 1953, au nom de Harald Edholm, indique qu'il faut
maintenir la pression du fluide inférieure à celle de
l'eau t
- le brevet américain ~o. 2.976.691 du 28 mai
1961, également au nom de Harald Edholm, ~nonce des con-
sidérations hydrostatiques pour un stockage à ciel ou-
vert, dans lequel il est admis que le produit stocké
pénêtre dans la paroi, ce qui est contraire au but de
la présente invention.
Pour s'assurer de l'étanchéité, une solution
consisterait à prendre une marge de sécurité considéra-
ble. Mais ceci, d'abord ne donne pas une certitude
absolue, et est la cause d'un accroissement des coûts
de réalisation et d'expIoitation de stockage. Sur le
plan économique, il est important d'avoir une marge de
s~curité minimale.
B
~1 7~
3.-
La Demanderesse a effectué des mesures sur
maquette, et effectu~ des essais sur modèles. Elle a
constaté que pour qu'un stockage soit étanche à une
pression P donnée, il fallait que la charge hydraulique
soit sup~rieure à P + F, F étant appelé paramètre de
forme.
La présente invention a donc pour objet un
procédé pour la réalisation d'un stockage de produits
liquides, liquéfiés ou gazeux, sous pression, dans une
cavité souterraine, créée spécialement ~ cette fin, ou
dans une cavité existante naturelle ou artificielle,
dans un massif perméable saturé d'eau, de fa~on à
éviter toute fuite du produit stocké dans le massif,
grâce à un écoulement permanent de l'eau du massif vers
l'intérieur de la cavité sur toute sa surface. Le
procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il
comprend les étapes suivantes:
- on choisit la pression P de stockage,
- on définit la géométrie de la cavité,
- on calcule le paramètre de forme F, puis
- on détermine le niveau du toit de la cavité
dans le massif pour avoir une hauteur hydrostatique H
d'eau au-dessus du toit de la cavité, telle que la con-
dition ci-après soit réalisée:
H > P + F.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaitront plus clairement a la lecture
de la description ci-après, donnée à titre non limita-
tif, en regard des dessins ci-joints dans lesquels:
- la Figure 1 représente un stockage souter-
rain, en coupe schématique,
- la Figure 2 est un graphique représentant
la pression maximale admissib~e Pmax en fonction de la
hauteur H d'eau; et
- le~ Figur.es 3 et 4 représentent respective-
ment en élévation et en coupe, suivant la ligne IV-IV
de la Figure 3, un dispositif expérimental de mesure
11~7~811
4.-
analogique hydraulique du coefficient de forme.
Dans la Figure 1 qui représente schématique-
ment un stockage en coupe verticale à travers le terrain,
la ligne 1 représente le niveau du sol, la ligne 2 le ni-
veau de la nappe phréatique avec un abaissement sensi-
ble 2' au-dessus de la caverne de stocka~e 3. La ligne
4 schématise une éventuelle zone très perméable (natu-
relle ou réalisée artificiellement à l'aide de forages
que l'on peut réalimenter) située au-dessus du stockage,
dans laquelle le potentiel de la nappe se trouve sensi-
blement rétabli. La ligne 4' schématise les conditions
lointaines d'alimentation de la nappe. Le stockage
contient un gaz liquéfié S avec du gaz 6 au-dessus de la
surface 5' du liquide. Il y a de l'eau 7 à la partie
inférieure, en général dans un puisard 8.
On se reporte maintenant à la Figure 2 qui est
un graphique représentant la pression maximale admissible
Pmax en fonction de la hauteur H, pour une cavité en
forme de cylindre horizontal supposé infini (section
circulaire) de rayon 10 m, située dans un massif ro-
cheux homogène infini, très perméable en surface. En
effectuant des mesures avec des hauteurs H différentes,
on peut tracer la courbe representée, qui s'écarte dans
ce cas jusqu'à 28% de la bissectrice, qui correspondrait
~ Pmax = H.
La Demanderesse a effectué des essais avec
des cavités de formes différentes et en nombre varia-
ble, des conditions aux limites différentes, la pré-
sence ou nom de rideaux d'eau (naturels ou artificiels)
au-dessus ou entre les cavités, à des potentiels varia-
bles, des produits stockés différents. La Demanderesse
a alors admis, et c'est ceci qui est à la base du pro-
cédé selon l'invention, que l'écart F = H - P dépendait
de l'ensemble de ces paramètres. F est fonction pour
un produit stocké donné de la forme des cavités et de
leur environnement. La terminologie paramètre de forme
.
4a.-
a été retenue pour ce coefficient.
Conformément à la présente invention, ondéfinit maintenant la profondeur par la relation:
H = Pmax + F + S
dans laquelle P est la pression maximale de service du
stockage, F le paramètre de forme, qui peut etre dé-
terminé par calcul analytique, modèle numérique, modèle
analogique ou par essai sur maquette et S la marge de
sécurité proprement dite, le modèle analogique pouvant
8tre par exemple hydraulique ou électrique.
Dans la pratique, la forme et le nombre des
cavités, leur profondeur et la géométrie d'éventuels
rideaux d'eau servant à réalimenter la nappe sont
définis d'une part en fonction de ces critères d'étan-
chéité en retenant la marge de sécurité nécessaire en
fonction de futures conditions d'exploitation et
d'autre part à partir des impératifs géotechniques et
économiques et des facilités de réalisation.
Un dessin optimum est ainsi dégagé.
Le procédé selon l'invention permet de stocker
dans des cavités souterraines créées spécialement à cet-
te fin ou des vides existants, naturels ou artificiels,
réalisées dans des massifs rocheux perméables saturés
d'eau, des produits li~uides, liquéfiés ou gazeux,
avec ou sans pression, en évitant toute fuite du produit
stocké dans le massif, grâce à un écoulement permanent
d'eau vers les cavités assuré par le respect de la con-
dition suivante:
H > P + F
H : charge hydrostatique au toit des cavités,
P : pression du stockage,
F : paramètre de forme.
~.
~1';'~11
F est déterminé théoriquement (calcul analytique, modèle mumérique
ou analogique) et/ou expérimentalement (eesai sur maquette) et est
fonction, pour un produit stocké donne, de la géométrie de~ cavités
et de leur environnement, (En particulier, présence éventuelle de
rideaux d'eau)
Cette condition e~t appliquée avec une certaine marge de
s~curité choisie en fonction des conditions d'exploitation de stockage
et du contexte hydrogéologique.
Une telle condition permet de choisir un de~sin optimum
pour un stockage consistant en des cavités à créer en étant certain
de l'absence de fuites ou de définir la pression maximale admissible
dan~ un vide existant transformé en stockage. Elle permet aussi de
juger de la nécessité ou non de mettre en place des rideaux d'eau, de
le~ dimensionner et de definir le potentiel hydraulique à y impo6er.
Les figures 3 et 4 représentent un montage analogique
hydraulique, On utilise une lame mince de liquide d'une épaisseur
d'un demi-millimètre, de l'eau par exemple, de préférence colorée,
disposée entre deux plaques 11, 12 transparentes, en verre ou en
matière plastique, On sait qu'avec les phénomènes de capillarite,
un tel dispositif est équivalent à un système perméable, Le pourtour
est fermé sur les côtés 13, 14 et peut l'être aussi au fond 15, pour
figurer une couche profonde étanche On peut au~si laisser passer
l'eau à travers un filtre limitant le débit, Un entonnoir 17 est prévu
à la partie supérieure. On découpe dans les deux parois 11, 12 un
profil correspondant à la section de la cavité prévue, par exemple
circulaire, et l'on y adapte une poche 18 de forme correspondante
dan~ laquelle on maintient une pre~ion de gaz, de l'air par e~e.rnple,
par un raccord 19,
En absence de pression, 1' eau s' écoule dans la poche 1 8
- 30 d'où elle est évacuée par une vidange 20. Ceci est représenté sur la
moitié gauche de la figure 3 Pour déterminer le coefficient de forrme,
on fait monter progressivement la pre~sion dans la poche 18, jusqu'à
ce que des bulles se dégagent sur le haut entre les deux lames 11 et 12,
Ceci est représenté sur la moitié droite de la figure 3. On note la pres-
sion pour laquelle les bulles apparaissent et l'on con~tate qu'il y a une
différence avec la hauteur d'eau H, entre le niveau supérieur de l'eau
et le point haut de la poche. Cette différence e~t le paramètre de forme,
qui s'exprime en pres6ion. En répétant l'expérience avec des cavité~
de sections différentes, on trouve des paramètres différents (par
exemple losange, ou carré angle vers le sommet, ou rectangle hori-
zontal, etc . . . )
La connaissance d'un tel paramètre apporte un avantage
considérable sans cette technique, à la foi~ du point de vue sécurit~ et
du point de vue économie: on est a~suré d'avoir un stockage ~ans
danger pour le moindre co~t.
