Renforcer l’intégrité des formations calcaires par traitement au phosphate diammonique

Pourquoi durcir la craie est important

Une grande partie du pétrole et du gaz produits en mer du Nord provient de la craie, une roche tendre et à grains fins qui se comporte un peu comme une poudre compactée. Lorsqu’on pompe les fluides, de petites particules peuvent se détacher et circuler avec le pétrole, obstruant les voies d’écoulement, endommageant les puits et réduisant l’efficacité de la production. Cette étude évalue un traitement chimique conçu pour raffermir la craie issue de véritables réservoirs de la mer du Nord, dans le but de réduire ce décollement de particules tout en préservant la perméabilité de la roche.

Un produit chimique qui transforme la craie molle en pierre plus résistante

Les chercheurs se sont concentrés sur un composé appelé phosphate diammonique, déjà utilisé en conservation d’art et d’architecture pour consolider les pierres fragiles. Lorsque cette solution rencontre la calcite, le principal minéral de la craie, une portion peut se transformer en hydroxyapatite, un minéral plus dur que l’on trouve aussi dans les os et les dents humaines. L’équipe voulait savoir si cette réaction, jusqu’ici surtout testée sur des affleurements de craie du Texas, fonctionnerait également en profondeur sur de véritables carottes de réservoir du secteur danois de la mer du Nord, où la pression et la température se rapprochent de celles des champs en production.

Tester des roches réelles issues du terrain

Ils ont étudié deux séries de craie : des échantillons d’affleurement d’Austin Chalk (Texas) largement utilisés et quatre carottes cylindriques prélevées dans un réservoir productif en mer du Nord. Chaque carotte a été imbibée d’une solution concentrée de phosphate diammonique, scellée dans une cellule en acier et exposée à une température et une pression élevées pendant trois jours pour simuler des conditions de fond de puits. Avant et après le traitement, ils ont mesuré la perméabilité, la porosité et la rigidité de la roche à l’aide d’un test non destructif par marteau d’impulsion. Des expériences séparées sur de petits copeaux et des poudres issus des mêmes roches ont également été réalisées pour suivre l’évolution des minéraux et de la microstructure pendant la réaction.

Apparition de nouveaux ponts minéraux entre les grains

Des observations au microscope et par rayons X ont révélé ce qui se passait à l’intérieur de la craie. Avant traitement, les grains de craie étaient majoritairement des particules de calcite propres en contact ponctuel, avec peu de ciment naturel entre eux. Après traitement, de nouveaux cristaux microscopiques en forme de rosette sont apparus à la surface des grains et dans les espaces intergranulaires. Leur empreinte chimique montrait qu’ils étaient constitués de calcium, de phosphore et d’oxygène, compatible avec de l’hydroxyapatite. Ces nouveaux cristaux ont agi comme des ponts, liant les grains voisins et transformant des contacts lâches en liaisons solides. Les expériences en poudre ont montré que, lorsque la craie est finement broyée et entièrement exposée à la solution, la majeure partie de la calcite peut être convertie en hydroxyapatite, confirmant que la réaction peut être très agressive si les surfaces sont accessibles.

Roche plus résistante, moins de fines, mais moins de perméabilité

Sur le plan mécanique, la craie est devenue beaucoup plus rigide après le traitement. Les échantillons d’affleurement ont vu leur rigidité doublée voire triplée, tandis que les carottes de réservoir ont présenté des augmentations d’environ 40 à 50 %. Dans le même temps, la porosité est restée quasiment inchangée, mais la facilité d’écoulement des fluides à travers la roche a diminué : les échantillons d’affleurement à forte perméabilité ont perdu jusqu’à 60 % de leur capacité d’écoulement, tandis que les échantillons de réservoir, déjà plus serrés, ont perdu environ 30 %. Cela suggère que les nouveaux ponts minéraux rétrécissent partiellement les voies entre pores. Du point de vue de la production, il s’agit d’un compromis : la roche devient plus résistante à l’effondrement et moins susceptible de libérer des particules problématiques, mais elle devient aussi moins perméable, ce qui peut réduire le flux à moins que les traitements ne soient ciblés avec précision.

Ce que cela signifie pour la production d’énergie future

Pour un non-spécialiste, le message principal est que les auteurs ont trouvé un moyen de « recouvrir d’os » la craie molle de l’intérieur, la rendant plus durable en transformant une partie de son squelette minéral en une forme plus résistante. Réalisé au bon endroit — en particulier autour des puits qui souffrent d’effondrements de craie et de migration de fines — cela pourrait stabiliser la roche, protéger les équipements et maintenir la production. Cependant, parce que la même « colle » minérale qui empêche le déplacement des particules resserre aussi les chemins d’écoulement, le traitement est mieux utilisé comme un outil précis autour du puits plutôt que sur l’ensemble d’un champ. Les travaux futurs porteront sur la manière d’ouvrir les voies avant le traitement, comment contrôler où et en quelle quantité le nouveau minéral se forme, et comment concilier le renforcement de la roche avec la nécessité de maintenir un écoulement efficace du pétrole et de l’eau dans le réservoir.

Citation: Desouky, M., Aljawad, M., Amao, A. et al. Enhancing chalk formation integrity by diammonium phosphate treatment. Sci Rep 16, 9932 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39100-7

Mots-clés: réservoirs de craie, renforcement des roches, phosphate diammonique, migration de fines, hydroxyapatite