banner-ombre-top
banner-ombre-left
Prélèvement de gaz à l’état naturel sur le site de Svelvik pour établir une base de comparaison pour les mesures qui accompagneront les futurs tests de fuite contrôlée dans le cadre d'un projet européen sur le stockage du CO2 (Norvège, 2010). © BRGM - Frederick Gal

Émissions naturelles de gaz carbonique dans le sous-sol : acquisitions sur site et éléments de gestion du risque

12.08.2016
Cette étude, réalisée entre mars et décembre 2015, a porté sur l’acquisition de nouvelles données de concentration en CO2 dans les sols et de flux en CO2 à l’interface sol/atmosphère et sur leur interprétation en termes d’aléa/risque.

Elle fait suite à plusieurs signalements récents d’émanations de CO2 en zone urbaine auprès des Services Départementaux de l’État, dont l’une avait déjà fait l’objet d’une expertise par le BRGM en 2013, suite à une intervention des Services Départementaux d’Incendie et de Secours (SDIS du Puy-de-Dôme). Ce programme 2015 est financé par la Direction Régionale de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement Auvergne (DREAL Auvergne), par la Communauté d’agglomération Clermont-Communauté, Établissement Public de Coopération Intercommunale, et par le BRGM. Le BRGM a par ailleurs collaboré avec l’INERIS pour la réalisation de mesures de flux et avec le CSTB pour l’expertise sur la migration des gaz dans les structures bâties.

 mesures de concentrations en CO2 sur un regard implanté en zone urbanisée (Communauté urbaine de Clermont-Ferrand). © BRGM

Acquisitions sur site : mesures de concentrations en CO2 sur un regard implanté en zone urbanisée (Communauté urbaine de Clermont-Ferrand). © BRGM

Contexte

La présence de CO2 d’origine naturelle en proche surface est un phénomène fréquent dans le Massif Central, à l’Est du sillon houiller. De nombreuses sources carbogazeuses y sont rapportées, reliques de la grande phase d’orogenèse alpine au Tertiaire qui a permis l’ouverture de fossés d’effondrement (Limagne notamment) et favorisé la mise en place de phénomènes volcaniques.

L’agglomération de Clermont-Ferrand est implantée dans une des zones les plus riches en eaux carbogazeuses du Massif Central, au voisinage de la Chaine des Puys et de la grande faille bordière de l’Ouest de la Limagne, profondément enracinée. Depuis des temps anciens, les sites de Saint-Alyre, des Salins, de Royat, ou encore de Chamalières, sont associés à des eaux minérales riches en CO2 (jusqu’à plus de 99% de la phase gaz). Plus ponctuellement, du CO2 peut émaner en surface sans être associé à de l’eau, comme dans la Grotte du Chien à Chamalières ou la Grotte Rouge à Royat. Ce CO2 a une origine profonde, magmatique, depuis longtemps attestée.

Parfois, à l’occasion de travaux de fouille ou de creusements dans le sous-sol, des émissions intempestives de CO2 ont été rapportées dans certaines communes de l’agglomération clermontoise. Cela a été le cas à plusieurs reprises en 2013 et 2014, ce qui a conduit à la mise en œuvre de mesures sur site, complétées par une analyse de risque, afin de déterminer les risques liés à ces émissions de CO2 et les moyens de remédiation à mettre en œuvre.

Objectif

L’objectif de l’étude est donc double. Il s’agit en premier lieu d’augmenter la connaissance des zones d’émission de CO2 dans le sous-sol de l’agglomération de Clermont-Ferrand, notamment en réalisant des mesures dans des zones très urbanisées. La présence de structures bâties peut en effet soit constituer un frein à l’émission de gaz depuis le sous-sol, par effet de chape, soit au contraire favoriser ces émissions, par exemple en créant une discontinuité permettant une fuite plus rapide et plus localisée du gaz vers la surface.

Il est donc nécessaire d’appréhender les voies principales de remontée du CO2 vers la surface et de quantifier leur extension géographique avant de pouvoir, dans un second temps, se livrer à une analyse du risque qui peut y être associé. En effet, le CO2 étant une substance à seuil, dont les effets n’apparaissent qu’à partir d’une certaine dose d’exposition, il convient de bien circonscrire les zones potentiellement émissives afin d’apporter des réponses adaptées au contexte local.

Programme des travaux

Le projet a été divisé en 2 phases : la 1ère a concerné les acquisitions sur site et la 2nde l’analyse de risque. Des comités de pilotage réguliers avec les pouvoirs publics (cabinet du Préfet de Région) et l’ensemble des financeurs ont par ailleurs permis un suivi très régulier des actions sur site et des interprétations subséquentes, afin d’assurer une information fréquente des pouvoirs publics pour permettre une gestion opérationnelle de la communication auprès du public.

Résultats obtenus

Phase I

Par consultation des banques de données internes au BRGM, plus de 2 000 données concernant des mesures du CO2 en gaz des sols ont été répertoriées à l’échelle du département du Puy-de-Dôme, permettant de caractériser un certain nombre de particularités dans le mode de répartition de cette espèce gazeuse dans les sols. Ces données ont été couplées aux nombreuses investigations sur les eaux minérales, afin de produire une cartographie ciblant des zones d’investigation prioritaires sur le territoire de l’étude, une campagne avec un maillage régulier sur l’ensemble du territoire n’étant pas envisageable compte tenu des contraintes temporelles.

Environ 300 mesures ponctuelles de concentrations en gaz des sols d’un cortège gazeux (principalement CO2, O2, N2, 222Rn, 4He) ont été réalisées, complétées d’environ 150 mesures du flux de CO2. Il est en effet nécessaire d’analyser plusieurs espèces gazeuses afin d’affiner les interprétations. Par exemple, l’analyse conjointe des variations en CO2 et en O2 peut renseigner sur l’origine du CO2, produit en surface par des processus biologiques, ou remontant d’horizons profonds. De même, la présence d’hélium en concentration plus importante que dans l’atmosphère aura tendance à signaler l’existence d’une remontée d’un flux de gaz d’origine profonde.

Ces nouvelles acquisitions montrent qu’environ 9% des points de mesure sont influencés, à des degrés divers, par des remontées de gaz profonds. Ces remontées sont spatialement localisées, très souvent aux voisinages de failles ou de structures géologiques héritées des phénomènes volcaniques. Les points les plus émissifs en CO2 peuvent par ailleurs présenter une variabilité de très court terme dans leurs concentrations, le CO2 étant émis par pulses, qui se traduisent par des flux ou des concentrations ponctuellement très forts.

A l’aune des connaissances passées et des nouvelles mesures, il ne semble toutefois pas exister de zone de dégazage massif qui ait une extension géographique importante. Les zones où le CO2 est présent en forte concentration s’apparentent donc plus à des zones d’évents gazeux ou de mofettes, lorsqu’elles ne sont pas des zones toutes proches de sources minérales en déshérence ou encore exploitées.

Phase II

Cette 2nde phase a débutée par une étude bibliographique, qui s’est notamment attachée à appréhender les mesures, protocoles et scénarii de gestion du risque mis en œuvre par la Sécurité Civile italienne, confrontée à cette typologie d’émission gazeuse dans la région de Rome. Comme dans le cas de l’agglomération de Clermont-Ferrand, les émissions de gaz profonds y sont localisées à des périmètres restreints, de quelques dizaines de mètres d’extension tout au plus.

Pour cette raison, à laquelle s’ajoute une densité de mesure faible rapportée au territoire de l’agglomération, il n’a pas été possible de définir des cartes d’aléa concernant les émissions de CO2.
Toutefois, des calculs d’exposition, basés sur les flux les plus forts mesurés en 2015, permettent de montrer que l’intrusion et l’accumulation de CO2 dans une enceinte mal ventilée sont susceptibles d’entrainer des risques aigus. Ce risque aigu, aux  conséquences irréversibles voire fatales, lié à une exposition à de fortes concentrations sur de courtes durées, est le principal risque à gérer dans l’agglomération de Clermont-Ferrand.

Les actions correctives qui peuvent être proposées pour gérer ce risque peuvent consister soit à limiter l’entrée de CO2 dans le bâti, soit à diluer sa concentration. Trois types de solutions techniques sont donc à envisager :

  • Assurer l’étanchéité du bâtiment vis-à-vis des voies d’entrée du polluant gazeux ;
  • Traiter la cellule habitée, soit pour diluer la concentration en polluant par une augmentation du renouvellement d’air, soit pour minimiser la dépression du bâtiment et limiter l’entrée du polluant ;
  • Traiter le soubassement par ventilation ou mise en dépression.

Sur la base des connaissances disponibles sur les risques liés aux émanations de CO2, du retour d’expérience italien et de l’analyse des mesures effectuées, des recommandations d’actions ont été formulées à destination des autorités. Elles concernent d’abord une démarche préventive, par diffusion d’information à des groupes identifiés (public, travailleurs, personnes exerçant des activités de génie civil, des travaux souterrains, etc.). Elles concernent ensuite des actions à mettre en œuvre pour réduire l’exposition dans les quelques zones pouvant présenter des émissions potentiellement dangereuses. Elles concernent enfin la mise en place d’une stratégie de gestion du risque, qui devra être ajustée au fil du temps et de l’expérience acquise.

Partenaires

DREAL,
Communauté d’agglomération Clermont-Communauté,
Établissement Public de Coopération Intercommunale
INERIS
CSTB

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34