Meilleur article du numéro de juin 2021

Les travaux de Murad AbuAisha et Joël Billiotte reconnus par les pairs

6 juillet 2021

Développement des techniques d’énergie renouvelable !
Estimation de la quantité de l’hydrogène perdue lors de son stockage dans une cavité souterraine de sel gemme

Murad AbuAisha étudie les roches salines, ici avec une carotte de sel à la main.

Poussé par des inquiétudes liées au changement climatique, la transition énergétique a conduit à l’utilisation de nouvelles ressources d’énergies propres. L’hydrogène est considéré comme un vecteur important dans cette transition. L'hydrogène pourrait être un carburant quasi-inépuisable, à condition de savoir le produire en quantité suffisante à un coût compétitif. Cependant, les demandes énergétiques croissantes et les problèmes d’intermittence (demandes énergétiques qui fluctuent jour-nuit, été-hiver, etc.) nécessitent des techniques de stockage à grande échelle. Les cavités salines souterraines offrent l’option la plus prometteuse en raison de l’étanchéité du sel gemme, du faible coût de création de la cavité, et le faible besoin en gaz coussin (quantité de gaz non récupérable mais nécessaire aux conditions de stabilité de la cavité).

Schéma du dispositif complet, modifié à partir de Ozarlan A. [2]

Lors du fonctionnement d’une cavité souterraine : cycles de remplissage et de vidange, l’hydrogène subit des changements de température et de pression. De tels changements devraient affecter sa migration dans les pores du sel gemme environnant. De plus, pour répondre aux demandes énergétiques croissantes, le cyclage rapide dans ces cavités entraîne d’importants changements dans la pression et la température de l’hydrogène pendant de très courtes périodes de temps. Par exemple, si nous utilisons l’hydrogène comme un carburant (pour le transport en commun), nous aurons besoin de soutirer l’hydrogène stocké pendant la journée et de remplir les cavités par l’hydrogène produit pendant la nuit. Ces charges thermiques et mécaniques quotidiennes exercées sur le sel gemme pourraient affecter l’intégrité du site de stockage ?

Visant une bonne gestion et un suivi précis des quantités d’hydrogène stocké dans les cavités salines, nous présentons une étude publiée tout récemment (AbuAisha et al., 2021) sur le transport de l’hydrogène dans le sel gemme lors du cyclage. Nous fournissons un nouveau modèle mathématique-numérique qui couple la thermodynamique de la cavité (changements de la température et de la pression) avec les mécanismes de transport de l’hydrogène dans les pores du sel gemme saturé de saumure (eau saturée de sel). Le sel gemme en souterrain est considéré comme une roche saline saturée en saumure. Dans ces mécanismes de transport thermo-hydraulique, nous considérons à la fois les écoulements biphasiques (gaz et saumure) et la diffusion (fickienne) de l’hydrogène de la cavité vers le sel. C’est–à–dire que tandis que l’hydrogène envahit successivement le sel gemme, il peut remplacer la saumure saturante par des écoulements biphasiques et il peut s’y dissoudre par le processus de la diffusion fickienne.

Nos nouvelles simulations numériques ont prouvé que la masse d’hydrogène perdu dans la roche saline autours de la cavité souterraine est sans grande importance par rapport à la masse stockée dans la cavité. En comparant avec la quantité d’hydrogène traitée durant un cycle saisonnier, la masse perdue au sein du massif salin ne dépasse pas 0,01 % de la quantité cyclée. Le fait de cycler la quantité d’hydrogène dans la cavité rend cette perte de la ressource encore plus faible.

Suite à ces travaux, la discussion [3] proposée par Murad AbuAisha et Joël Billiotte dans la revue Journal of Energy Storage est reconnue "meilleur article scientifique" du numéro de juin 2021 !

Références

AbuAisha M., Rouabhi A., Billiotte J., and Hadj–Hassen F. (2021a). Non–isothermal two–phase hydrogen transport in rock salt during cycling in underground caverns. International Journal of Hydrogen Energy, 46(9): 6632–6647.
Ozarslan A. (2012). Large-scale hydrogen energy storage in salt caverns. International Journal of Hydrogen Energy, 37(19): 14265-14277.
AbuAisha M., Billiotte J. (2021). A discussion on hydrogen migration in rock salt for tight underground storage with an insight into a laboratory setup. Journal of Energy Storage, 38(2021) 102589