Benchmark CouplexGaz Synthse des rsultats et enseignements Jean

Benchmark Couplex-Gaz Synthèse des résultats et enseignements Jean Talandier Andra © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz Organisation et planning Couplex – Gaz regroupe 2 cas tests: - Modélisation 2 D d’une alvéole de déchets de Moyenne activité à vie longue début juin 2006 - fin janvier 2007 workshop 4 et 5 avril 2007 - Modélisation 3 D 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 © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

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 © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

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) © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

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 (2 D) à 3 participants pour le second (3 D) (Comparaison avec l’exercice Couplex (A. Bourgeat & Al, 2001) 8 participants Couplex 1, 4 participants Couplex 2) © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz Cas 1 Fort contrastes de propriétés • Perméabilité • Porosité • Pression d’entrée de gaz • Courbes de rétention capillaire et de perméabilité relative © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz Cas 1 Pression de gaz dans la zone colis Fin de l’injection de gaz Première phase d’injection de gaz © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz Cas 1 Quelques indicateurs… Saturation en eau dans la zone colis Pression de gaz maximum Pression de gaz à 500 ans Pression de gaz à 10000 ans CEA 6. 2 8. 1 Colenco 5. 2 6. 2 EDF 5. 4 6. 7 GRS 5. 2 6. 7 IRSN 4. 5 7 Socotec 5. 6 7 ULG 5. 5 6. 9 CEA Colenco Temps d’atteinte Sw=99% Temps d’atteinte Sw=99. 8% 52 000 181 000 60 000 (extrapolation) EDF 58 000 60 000 GRS 66 000 70 000 Intera 90 000 (extrapolation) Socotec 86 000 87 000 ULG 89 000 90 000 © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz Cas 1 Phase de production de gaz Bonne cohérence sur la pression et sur la saturation en eau t = 10 000 ans Pg Sw Colenco 6. 2 0. 17 EDF 6. 7 0. 15 GRS 6. 7 0. 2 Socotec 7 0. 13 ULG 6. 9 0. 15 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 t = 50 000 ans Pg Sw Colenco 4. 64 0. 71 EDF 4. 36 0. 74 GRS 4. 65 0. 58 Socotec 4. 64 0. 35 ULG 4. 67 0. 36 © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

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 © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz Cas 1 Stratégies de maillage Nombre de mailles © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz – Cas 2 Modélisation 3 D d’une zone de stockage © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz – Cas 2 Cox Alvéoles Motif retenu pour le benchmark galeries Scellements © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz – Cas 2 Pression de gaz maximale dans le domaine Pression de gaz (MPa) à 4500 ans Colenco 7. 3 EDF 8 GRS 7. 7 Temps de resaturation Temps d’atteinte Sw=99% Colenco 39 000 EDF 60 000 GRS 45 000 Evolution de la saturation en eau dans la galerie © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

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 © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz – Cas 2 Choix pour le calcul Nombre de mailles 120000 119598 Temps de calcul 100000 80000 62401 60000 40000 20000 Colenco (16 processeurs) GRS 15 h 50 mn EDF 5 jours 6 h 42 mn 7821 0 GRS Colenco EDF Code Méthode de discrétisation Colenco Tough 2_MP/eos 5 VF EDF Code_Aster EF GRS Tough 2/eos 7 VF © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

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 Tough 2 -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 ~130 m © ANDRA – Direction Scientifique 6 m MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Couplex-Gaz – Cas 2 Evaluation de la pression de gaz dans la galerie GRS © ANDRA – Direction Scientifique Nombre d’éléments Pression de gaz Max Mpa 7821 2133 1097 456 6. 25 6. 92 6. 69 6. 78 MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

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 3 D Quelques voies de progrès… Ø Homogénéisation du terme de source de gaz Ø Simulation à plus grande échelle © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

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 © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Equilibration phase 0 ~300 years Water saturation in concrete Initial conditions Pw and Sw Water pressure at 250 years © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA

Equipes et codes de calcul Group Code Cas 1 a Cas 1 b Discretisation methods CEA Cast 3 M x x FVE MPFA COLENCO Tough 2_MP/eos 5 x x IFD EDF Code_Aster x x FE GRS Tough 2/eos 7 x IFD INTERA Tough 2/eos 5 & Tmvoc x x IFD SOCOTEC Cast 3 M x x FE ULG Lagamine x x FE © ANDRA – Direction Scientifique MOMAS – Journées Multiphasiques- septembre 2008 ANDRA