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Biocorrosion en géothermie
Gestion des biofilms, enjeux industriels
Romainville– 13 Octobre 2011
C. COTICHE, Responsable service corrosion-hydrochimie
CFG Services, filiale du BRGM, spécialisée en géothermie industrielle
CFG Services
filiale à 100% du
CA 2010 : 9,5 M€
45 salariés
Géothermie industrielle Etude, projet, maîtrise d’œuvre, suivi
et maintenance
Industries
Services • Expertise corrosion • Détection de fuites sur réseaux enterrés • Suivi d’installations • Microbiologie industrielle
Produits • Kit Labège pour la
numération BSR et BTR • CFG MIC Sensor®
Centre de recherche et d’expertise pour les géosciences
• Nucléaire • Réseaux d’eau
• Pétrole & gaz • Chimie & pétrochimie
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La géothermie profonde en Ile de France
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35 exploitations géothermiques au Dogger en fonctionnement (environ 1 000 000 MWh / an
90 000 Tep substituées par an (2/3 de la production géothermique française)
200 000 équivalents logements chauffés et alimentés en eau chaude sanitaire
10% de l’énergie distribuée par les réseaux de chaleur en Île-de-France (50% dans le département du Val de Marne)
émission de 280 000 tonnes CO2 évitées / an
Eau géothermale du Dogger
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⌦ pH compris entre 6,1 et 6,7
⌦température comprise entre 55 et 85°C
⌦milieu réducteur (- 150 < Eh < 0 mV/ENH)
⌦teneur en sels totaux dissous entre 6 et 35 g/l dont :
chlorures de 3 000 à 19 900 mg/l
[CO2 et HCO3-] de 250 à 600 mg/l
[SO42-] de 300 à 1 200 mg/l
[H2S, HS-] de 5 à 100 mg/l
⌦présence d'une microflore bactérienne de type sulfato-réductrice
Les bactéries du Dogger
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Plusieurs espèces différentes de BSR ont été isolées à partir de prélèvements d’eau géothermale du Dogger et de dépôts de corrosion
Les études physiologique et nutritionnelle réalisées sur les souches de BSR isolées ont révélé :
qu’elles étaient parfaitement adaptées aux conditions physiques et chimiques de l’aquifère du Dogger (température, pH, salinité, anaérobiose, présence de sulfate, matières organiques, H2)
qu’elles étaient actives [la réduction bactérienne de SO42- en
HS- diminution de 34S dans les sulfures produits (dissous +
dépôts)]es biocides et optimiser leur utilisation
Les bactéries du Dogger
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Desulfovibrio
desulfuricans
(vibrio)
Desulfatomaculum
Geothermicum
(bactérie sporulée)
Qu’est-ce que la biocorrosion ?
Biocorrosion des circuits industriels = dégradation du métal par réaction électrochimique liée aux modifications du milieu induites par un biofilm
(Biocorrosion Biofilm ….MAIS….Biofilm Biocorrosion)
Risque de percements des tubages et conduites
Les traitements chimiques :
Biocides : fort impact environnemental et économique
Un monitoring de la biocorrosion est nécessaire pour
quantifier l’action des biocides et optimiser leur utilisation
Traitement chimique anti-corrosion et dispersant (géothermie)
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Qu’est-ce que la biocorrosion ?
Biocorrosion = corrosion localisée sous forme de piqûres et/ou de cratères (corrosion caverneuse)
Théorie (pour les aciers au carbone):
Dépolarisation cathodique par consommation de H2 oxydé par les BSR (théorie controversée)
Le sulfure d’hydrogène produit par les BSR catalyse les réactions anodiques par sulfuration de l’anode
Production locale d’acidité à l’anode par précipitation de sulfure de fer (Fe2+ + HS- → FeS + H+)
Cinétique accélérée en présence de O2 (acidification liée à l’oxydation des sulfures )
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Le rôle des sulfures de fer
Les sulfures de fer sont de nature différente en fonction des concentrations relatives en ions ferreux et sulfures
En présence d’un excès de H2S Pyrite (FeS2) , dépôts adhérents
En présence d’un excès d’ions Fe2+ (anode) Mackinawite (FeS1-x), peu adhérente et peu protectrice pouvant stabiliser une corrosion localisée sous dépôts
Certains sulfures de fer sont très bon conducteurs électriques et ont un potentiel noble corrosion galvanique entre métal nu et dépôts de sulfures de fer
Les dépôts de sulfures de fer engendrent des pertes de charges et favorisent le développement bactérien
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Corrosion sur acier au carbone assistée par les bactéries
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Percement d’un casing 7 du
puits injecteur – Doublet
géothermique de Coulommiers - source: CFG Services
Dépôts rencontrés dans les installations géothermales
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Percement au droit d’un
manchon de jonction entre deux
tubages du puits de production –
Doublet géothermique de
Villeneuve la Garenne - source: BRGM
Dépôts de sulfures de fer
dégagés du manchon source: BRGM
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Percement d’une colonne d’exhaure d’eaux minières par biocorrosion source: CFG Services
Corrosion sur acier au carbone assistée par les bactéries
Corrosion sur acier au carbone assistée par les bactéries
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Percement d’une conduite de transport de brut pétrolier par biocorrosion source: Total
18 M€
Avant décapage Après décapage
Biocorrosion de l’acier carbone = eau + bactéries
90 % sur les surfaces Biofilm responsable de la corrosion
10 % dans l’eau Non responsable de la corrosion
Comptage dans l’eau Comptage sur bioprobes Moyens de
contrôle
usuels : les
dénombrements
via des milieux de
culture (par ex.
Kits Labège)
Quantifie les bactéries
responsable de la corrosion
Pas de quantification de la
corrosion en elle même
Délai d’analyse élevé
Faible coût
Ne mesure pas le risque réel
de biocorrosion
Délai d’analyse élevé
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Le comptage des bactéries dans l’eau ou sur bioprobes et le monitoring d’un biofilm ne sont pas des outils fiables pour le suivi de la biocorrosion et l’optimisation des traitements biocides
Les outils usuels de monitoring ne quantifient pas directement la biocorrosion
Origine
Principe
Usage
Né d’un programme de recherche pour l’industrie pétrolière, forte consommatrice de biocides
Reproduire une corrosion localisée et suivre sa cinétique
Suivre en temps réel la corrosion associée à la présence d’un biofilm
Optimiser les traitements chimiques biocides
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CFG MIC Sensor® : l’unique solution de mesure directe de la vitesse de biocorrosion des conduites
CFG MIC Sensor ®: mesure directe de la vitesse de corrosion en temps réel, sur site, sans interruption
CFG MIC Sensor ®:
une sonde électrochimique
un boitier de commande déporté
un logiciel de pilotage spécifique
L’instrumentation est certifiée ATEX
Avantages de CFG MIC Sensor®
mesure directe de la vitesse de corrosion
mesure en temps réel
mesure sur site et sans interruption de l’exploitation
Sonde sur conduite d’exploitation
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La sonde robuste, industrialisée et sécurisée ne nécessite aucune maintenance ou arrêt de production
Corps de sonde (cathode) raccordé à la canalisation
Tête de sonde contenant l’électronique embarquée
Anode en acier carbone immergée dans le fluide
Système de sécurité
Filetage 1’’gaz pour fixation sur piquage de la canalisation
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Le pilotage complet par boitier de commande et logiciel pour un monitoring rapide et opérationnel
Le logiciel spécifique permet :
• le paramétrage des cycles de mesures • la consultation et le rapatriement des
données du monitoring, visualisées sous forme de graphiques
Le boitier de commande permet
de piloter l’instrumentation localement ou à distance via un modem GSM
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Des options pour répondre aux contraintes des installations industrielles
Sonde
Boitier de commande
PC
Compatibilité de la sonde avec des canalisations sous protection cathodique
Pilotage à distance par GSM
Commande d’une pompe doseuse pour l’injection de produits biocides
Alimentation du boitier avec :
Jeu de batteries rechargeables Autonomie env. 8 jours
Jeu de batteries + panneau solaire pour une autonomie énergétique
CFG MIC Sensor ® Les options disponibles :
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Un mode opératoire simple pour une mesure fiable de la vitesse de corrosion
1. Stabilisation o Mise en place de la sonde dans le fluide
o Attente de l’équilibre électrochimique : l’état de surface de l’électrode de la sonde doit atteindre celui de la canalisation
2. Polarisation de la sonde o Reproduction d’une biocorrosion localisée (qui serait générée
naturellement par les bactéries avec une cinétique plus lente)
3. Corrosion o Mise en court circuit et mesure de l’intensité du courant débité
par la pile (la pile se désactive absence de biofilm corrosif/ la pile se maintient monitoring du risque de biocorrosion)
o Transposition du courant en vitesse de corrosion en mm/an
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Exemples de monitoring
0
1
2
3
4
5Biocide ABiocide B
Vcorr (mm/an)
0
1
2
3
4
5
Biocide ABiocide B
Vcorr (mm/an)
temps
temps
Différenciation de la cinétique d’action de 2 biocides
Différenciation de l’efficacité de 2 biocides
Vitesse de corrosion au cours de traitements biocides 21
Monitoring sur circuit de production d’eau géothermale
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1. Quantification du risque de biocorrosion localisée des aciers au carbone
2. Suivi de l’efficacité des traitements biocides
CFG MIC Sensor ®, l’optimisation des traitements biocides pour un bénéfice économique et écologique
Meilleure gestion des risques et réduction des coûts de réhabilitation des installations
Réduction des coûts et de l’impact environnemental par l’optimisation des traitements biocides
L’Innovation du CFG MIC Sensor® = nouvelles pratiques possibles
Pour des gains économiques et environnementaux
Mesure de la vitesse de corrosion
temps réel, sur site et sans interruption de l’exploitation
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Les applications du CFG MIC Sensor ®
Pétrole et gaz : circuit de réinjection d’eau pétrolière
Chimie et pétrochimie : circuit d’eau industrielle
Réseau urbain : eau glacée, chauffage, adduction d’eau
Nucléaire : circuit de refroidissement
Naval : circuit de refroidissement des navires
Sidérurgie : circuit de refroidissement
Papeterie : eau de process
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Conclusion
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Bactéries sulfurogènes
H2S
Corrosion
Dépôts
1. Quantification du risque de biocorrosion localisée des aciers au carbone
2. Suivi de l’efficacité des traitements biocides
CFG MIC Sensor®
1. Comptage dans l’eau via ensemencement sur milieux de culture
2. Traitement biocide ponctuel
Monitoring de la [H2S]
1. Traitement anti-corrosion et dispersant
2. Monitoring de [Fe2+]
SAS au capital de 1M€
www.cfgservices.fr
3, avenue Claude Guillemin, Orléans
Catherine COTICHE, Responsable service hydrochimie corrosion
02 38 64 36 71
c.cotiche@cfg.brgm.fr
Merci pour votre attention
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