Études numériques des fuites de CO2 liquide supercritique des pipelines

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Depuis les concepts scientifiques en recherche fondamentale jusqu’aux solutions technologiques en recherche appliquée, l’innovation est au cœur de son action, articulée autour de quatre orientations stratégiques : climat, environnement et économie circulaire ; énergies renouvelables ; mobilité durable ; hydrocarbures responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition écologique. Partie intégrante d’IFPEN, IFP School, son école d’ingénieurs, prépare les générations futures à relever ces défis.

Études numériques des fuites de CO2 liquide supercritique des pipelines

Dans le scénario à deux degrés de l'Agence internationale de l'énergie, la capture et le stockage du CO2 (CCS) contribuent à réduire les émissions mondiales de CO2 d'environ six milliards de tonnes par an d'ici à 2050. Pour réaliser ce scénario, le CO2 doit être transporté des points de captage aux sites de stockage. Une grande partie du CO2 capturé sera probablement transportée dans des réseaux de pipelines à haute pression (environ 120 bars) dans un état supercritique dense (sCO2 liquide).

La modélisation précise du transport du sCO2 est devenue de plus en plus importante pour la conception, l'évaluation de la sécurité, la réduction des coûts et la fiabilité opérationnelle des pipelines et des systèmes de stockage dans le CCS. Le sCO2 capturé est susceptible de se comporter différemment, en raison de différentes impuretés qu’il peut contenir et de la proximité de zones densément peuplées lors d’un accident ou d’une fuite due à la corrosion des pipelines. Il est donc nécessaire de développer des outils de modélisation qui peuvent aider à la conception et à l'exploitation sûres et économiques des pipelines de transport de sCO2.

Objectifs

Dans ce stage, nous explorerons les conséquences des fuites de CO2 liquide supercritique des pipelines. Dans un premier temps, les débits de fuite seront calculés en utilisant une approche diphasique récente du type "Real Fluid" (RFM) dont la thermodynamique permet de prendre en compte les effets de la présence de différentes impuretés. Des simulations numériques tridimensionnelles de pipelines avec plusieurs tailles de fissures/trous seront effectuées avec le code CONVERGE incluant l’approche RFM.

Dans, un second temps les débits obtenus seront utilisés comme conditions aux limites dans le logiciel waLBerla pour simuler le jet gazeux de CO2 et l’évolution du panache dans l’atmosphère au voisinage des installations.

Le stagiaire sera amené à réaliser plusieurs simulations avec CONVERGE et waLBerla afin de tester la capacité d’associer ces deux types d’outils pour reproduire l’ensemble des processus thermodynamiques et aérodynamiques permettant de simuler les fuites de CO2 supercritique et d’étudier leur impact. En particulier une analyse fine des différentes simulations sera effectuée afin de mieux comprendre les effets des impuretés du CO2 et de la taille des fuites.

Profil

Master M2 recherche

• Connaissance des fondamentaux de la mécanique des fluides et de la CFD (théorique et/ou pratique). Idéalement avec une première expérience en CFD dans le cadre d'un stage ou d'un projet avec un logiciel de recherche ou commercial.
• Expérience des langages de programmation (idéalement Python et C++).