Projet ARCS : une nouvelle génération de bancs d'essais robotisés

Au CSTJF à Pau, TotalEnergies développe ARCS, un projet destiné à standardiser, automatiser puis robotiser les bancs d’essais utilisés pour recréer des mini-réservoirs pétroliers en laboratoire. Entre pétrophysique, imagerie et robotique, ces nouveaux équipements permettent de réduire les délais et d'ouvrir une nouvelle génération d'expérimentations, dans une logique d’accélération. Le point avec Michel N’Guyen, ingénieur R&D au CSTJF de Pau.

À l’échelle de la Compagnie, TotalEnergies s’appuie sur la recherche et l’innovation pour concilier performance industrielle et réduction de l’empreinte carbone. Dans ce cadre, les capacités expérimentales en laboratoire jouent un rôle clé pour mieux comprendre les systèmes complexes, fiabiliser les modèles et éclairer les choix techniques sur le long terme. Le projet ARCS pour Automated Robotic Coreflooding System (système automatisé et robotisé de circulation de fluides dans la roche) s’inscrit dans cette dynamique.
 

Michel, quel est ton rôle au CSTJF ?

Michel N’guyen - MN : Je suis arrivé en poste à Pau en 2003 en tant que technicien au sein du laboratoire L5, dédié à la pétrophysique.  L’équipe, principalement composée de physiciens, avait besoin d’une compétence complémentaire en chimie pour les expériences sur les fluides et les réservoirs. En effet, ce laboratoire est chargé de reconstituer les phénomènes d’écoulements entre fluides en place et fluides injectés en condition réservoir à l’échelle de la carotte. Autrement dit, nous prélevons de la roche issue du sous-sol, nous y réinjectons les fluides, nous rétablissons les conditions de pression et de température, puis nous observons comment les différents fluides se déplacent dans la roche lors d’expériences dites de « balayages » (ou coreflood en anglais).
 

Que cherche-t-on à comprendre dans ce type d’expérience ?

MN : Nous essayons de mieux appréhender les mécanismes de production. Lorsque nous injectons un fluide dans la roche, nous suivons les différentes réactions : comment l’eau, l’huile ou le gaz se déplacent, comment ils interagissent, quelle est l’efficacité du balayage et in fine le taux de récupération à l’échelle microscopique. Ces expériences nous permettent ensuite de caractériser les mécanismes de récupération. Ce sont des opérations techniques, très longues puisqu'une étude dure environ six mois. La grande difficulté ? Travailler en haute pression et haute température, autour des 500 bars et d’une centaine de degrés. 
Parmi les différentes expériences menées, je me souviens de la reconstitution d'un réservoir de mer du Nord, avec des essais à 1 000 bars et 200 degrés. C'était vraiment des conditions extrêmes !
 

À quel moment ton métier a-t-il évolué vers le développement technique et l’innovation ?

MN : A mon arrivée, je me suis vite pris de passion pour les techniques utilisées au laboratoire. D’abord la chromatographie, qui permet de suivre en temps réel la composition des fluides. Puis, pour les équipements de haute pression et haute température, notamment les pompes-seringues, capables d’injecter ou de pousser des fluides dans la roche à des pressions très élevées. Sans oublier, bien évidemment, l’imagerie. Pour comprendre ce qui se passe dans la roche, il faut réussir à voir, ou plutôt à mesurer, ce qui est présent à l’intérieur, à chaque instant : l’eau, l’huile, le gaz. Pour cela, nous utilisons des techniques à rayons X, à rayons gamma... En 2016, on m’a proposé un poste dédié à l’innovation et le développement de ces techniques. J'ai accepté d'emblée !
 

C’est dans ce contexte qu’est né le projet ARCS ?

MN : Exactement. ARCS s’inscrit directement dans la logique d’évolution de TotalEnergies : améliorer les méthodes, réduire le temps des études, fiabiliser les équipements. Notre point fort, au CSTJF, c’est que peu de laboratoires dans le monde sont capables de réaliser ce type d’études en conditions réelles, avec de la vraie roche, des vrais hydrocarbures, les bonnes pressions, les bonnes températures et des techniques d’imagerie avancées. Seul petit bémol : nos bancs étaient jusqu'à présent « très prototypés ». Ils avaient été développés au fil du temps, avec beaucoup d’expertise, mais ils demandaient encore trop de manipulations.
 

Justement, que change le projet ARCS dans le fonctionnement du laboratoire ?

MN : Le projet ARCS vise à standardiser au maximum les bancs d'essai, les automatiser et les répliquer. Nous avons même poussé jusqu’à la robotisation, notamment pour le chargement des échantillons de roche sur les bancs de mesure. C’est un vrai progrès en termes d'hygiène, sécurité et environnement (HSE), avec la diminution des opérations de manutention pour les expérimentateurs. L’installation de ARCS devrait être finalisée à l’automne 2026. Le laboratoire disposera alors de 6 nouveaux bancs de lavage et caractérisation d’échantillons de roche, ainsi que de 3 bancs de balayages, entièrement automatisés.
 

Avec quelles équipes travailles-tu au quotidien ?

MN : Nous collaborons avec de nombreuses équipes du CSTJF, dont la carothèque, qui scanne, analyse, échantillonne et archive les roches. Nous travaillons aussi avec les autres équipes du laboratoire de pétrophysique, chargées de caractériser la roche. Ils nous aident notamment à sélectionner les bons échantillons. Enfin, nous nous appuyons sur les équipes « Fluides » qui analysent les hydrocarbures, les gaz d’injection et les échantillons prélevés sur site. 
Tous nos résultats de recherche sont transmis aux ingénieurs réservoirs qui vont ainsi « nourrir » leurs simulateurs, afin de bâtir ou d'optimiser les scénarios de développement des champs.
 

Quel est aujourd’hui le grand défi scientifique pour la Compagnie ?

MN : Assurément l’analyse de la donnée. Nous produisons de plus en plus de mesures physiques et d’images. L’enjeu est de mieux traiter ces données, de mieux les modéliser afin d'anticiper plus finement ce qui se passe dans la roche. L’intelligence artificielle aura forcément une place croissante dans cette dynamique, à condition de rester très rigoureux sur la qualité de la mesure initiale.
 

Qu’est-ce qui te passionne le plus dans ce métier ?

MN : J’aime cette idée de voir l’invisible ! L’une de mes spécialités est l’utilisation des rayons X. Dans une roche, observer de très faibles quantités de fluide sans perturber l’expérience, reste un exercice d'une grande précision. Beaucoup de laboratoires recourent à des agents contrastants afin de mieux distinguer les fluides. Au CSTJF, nous avons fait un autre choix : ne rien ajouter. Ces produits contrastants peuvent en effet modifier la physico-chimie du milieu observé, et donc, fausser l'expérience.
Ce qui me plaît également, c’est que nos problématiques industrielles entrent en résonance avec d'autres secteurs d'activité, notamment le monde médical. Je suis très investi dans une association dédiée à la radioprotection et à l'utilisation de rayons X, ce qui me met régulièrement en contact avec des professionnels de santé.  Or, dans les hôpitaux, certains patients tolèrent mal les agents contrastants. Nos travaux peuvent donc nourrir la réflexion, inspirer de nouvelles approches, et en retour bénéficier d'expériences venues d'autres disciplines. C’est ce qui rend ce métier passionnant : nous travaillons sur un sujet très spécialisé, mais les passerelles sont parfois beaucoup plus larges qu’on ne l’imagine !
 

TotalEnergies est une compagnie multi-énergies intégrée mondiale de production et de fourniture d'énergies (pétrole et biocarburants, gaz naturel, biogaz et hydrogène bas carbone, renouvelables et électricité) engagée dans la transition énergétique. Pour en savoir plus : Transition énergétique | TotalEnergies.com