Les conditions de la surface du sol ont un impact sur la vitesse et la distance des fuites de gaz naturel

Lorsqu’une fuite de gaz naturel provient d’un pipeline souterrain, une couverture de sol saturée d’eau/neige, un revêtement en asphalte ou une combinaison de ces éléments peuvent provoquer la migration du gaz loin du site de la fuite jusqu’à trois à quatre fois plus loin que à travers un sol sec, selon une nouvelle étude.

Une équipe de recherche dirigée par la Southern Methodist University (SMU) a également découvert que ces conditions de surface peuvent également avoir un impact sur la vitesse de fuite du gaz, se déplaçant 3,5 fois plus vite qu’une fuite équivalente dans des conditions de sol sec.

« Ce travail est très significatif, car pour la première fois, il relie l’impact des changements dans les conditions de surface aux temps et aux distances de transport du gaz souterrain », a déclaré Kathleen M. Smits de la SMU, l’une des co-auteurs de l’étude publiée dans la revue Lettres sur les sciences et technologies environnementales.

Il est essentiel pour les premiers intervenants et les sociétés gazières et pétrolières de prendre en compte les structures de surface du sol lors de l’évaluation du risque de sécurité d’une fuite de pipeline pour les maisons et les entreprises voisines, a déclaré Smits, président de la SMU Lyle School of Engineering en génie civil et environnemental et professeur Solomon pour le développement mondial.

Ces fuites de pipelines présentent deux risques : le gaz naturel non brûlé, composé principalement de méthane (CH₄), a le potentiel de provoquer une explosion, mais le méthane est également le deuxième plus grand contributeur au réchauffement climatique après le dioxyde de carbone (CO₂). Trouver tous les endroits où le gaz méthane s’infiltre à partir de pipelines qui fuient – ​​et éliminer ce gaz en toute sécurité – pourrait réduire le réchauffement climatique, a déclaré Smits.

« Les résultats de cette étude fournissent des informations cruciales pour identifier et hiérarchiser les fuites du point de vue de la sécurité et de l’environnement », a déclaré Smits.

L’équipe de recherche dirigée par la SMU a mené des expériences de fuites contrôlées au Centre d’évaluation des technologies d’émissions de méthane (METEC) de l’Université d’État du Colorado sous les structures de surface du sol suivantes : neige ou pluie sur l’herbe, sol sec recouvert d’herbe ou asphalte sec, mouillé par la pluie ou enneigé.

Dans cette expérience, les chercheurs ont pu extraire en toute sécurité du gaz d’un pipeline fissuré, puis observer la distance parcourue par le gaz, verticalement et horizontalement, à des moments précis après la fuite. Pour chaque expérience, du gaz naturel a été libéré en continu à des taux de fuite prédéterminés pendant 24 heures maximum, afin de reproduire la façon dont le gaz s’échapperait dans un scénario réel.

Navodi Jayarathne, chercheur postdoctoral au département de génie civil et d’ingénierie de la SMU Lyle School, a dirigé l’étude. Daniel J. Zimmerle, directeur et directeur principal du Centre d’évaluation des technologies d’émissions de méthane de la CSU, Richard S. Kolodziej IV, qui prépare un master à la SMU et fait partie de l’équipe de recherche de Smits, et Stuart Riddick, chercheur scientifique à l’Institut de l’énergie de la Colorado State University, ont également apporté leur aide.

Principales conclusions

Les chercheurs ont constaté que la pluie, la neige et l’asphalte empêchaient le gaz de s’échapper du sol à la surface, ce qui entraînait une migration du gaz vers le bas et vers l’extérieur, loin du lieu de la fuite.

Imaginez le gaz traversant une sorte de plaque de fromage suisse, a expliqué Jayarathne. Les interstices ou « trous » dans le sol peuvent être remplis par de l’eau, du gaz ou d’autres particules.

« À cause de cela, le gaz continue de migrer à travers le sol sur de grandes distances et augmente le risque potentiel », explique Jayarathne.

De plus, « nous avons constaté que dans le cas d’une condition d’asphalte, d’humidité ou de neige, lorsque le gaz trouve finalement un endroit pour s’échapper du sol, il se déplace très rapidement et à des concentrations élevées, augmentant le risque de sécurité », a déclaré Smits.

Une autre découverte a surpris les chercheurs : même après l’arrêt de l’approvisionnement en gaz ou la réparation de la fuite, le méthane emprisonné sous la neige, le sol humide ou la surface asphaltée pouvait encore être détecté à une concentration élevée pendant 12 jours. Et le gaz naturel s’est propagé latéralement à partir de la source de la fuite jusqu’à 2 à 4 % pendant cette période.

« Les données précédentes montrent que le gaz s’échappe rapidement du sol après son arrêt », a déclaré Smits. « Mais cette étude montre que l’évacuation du gaz est unique en fonction de l’environnement, en particulier de la surface. »

Les premiers intervenants doivent être conscients que le site de gaz continuera d’évoluer après l’arrêt de la fuite, a déclaré Smits.

Les chercheurs ont noté que les distances de migration qu’ils ont enregistrées sont basées sur le type et l’état du sol du METEC.

« Les valeurs peuvent être différentes lorsqu’elles sont appliquées à d’autres emplacements et environnements. Cependant, les modèles refléteront également les comportements attendus d’autres emplacements de fuite », a déclaré Smits.