SATER
Inclusions H2O-NaCl. Diagrammes de phases
SATER est un logiciel de calcul et de visualisation consacré aux inclusions fluides du système H2O-NaCl. Il permet d'explorer les propriétés de phase des saumures, de représenter différents diagrammes thermodynamiques, et d'interpréter des observations microthermométriques telles que l'homogénéisation, la fusion de la glace, la fusion de l'halite, la densité ou encore le comportement à l'ébullition.
L'interface du logiciel est organisée autour d'un panneau de gestion des états à gauche, d'un ensemble de paramètres de calcul au centre, et d'une zone graphique à droite. Les différents onglets donnent accès à plusieurs familles de diagrammes et d'outils d'interprétation.
Figure 1 : Vue générale de l'interface principale de SATER dans l'onglet des diagrammes pression-température-composition du système H2O-NaCl.
Le logiciel peut être téléchargé ici : Télécharger Sater.
Vue d'ensemble de l'interface
La partie gauche de la fenêtre contient une table des états définis par l'utilisateur. Chaque état correspond à un jeu de conditions, en général une température, une pression et une salinité exprimée en NaCl wt %. On peut ainsi comparer plusieurs situations dans une même session de travail.
- State : nom ou identifiant de l'état courant.
- T (°C) : température.
- P (bar) : pression.
- NaCl wt % : teneur massique en NaCl.
- boutons Add, Delete, Duplicate et Log pour créer, supprimer, dupliquer ou enregistrer des états.
Sous cette table, la zone Initial conditions permet d'entrer les conditions de départ de l'état sélectionné, avec un champ de commentaire. Le bloc Control board donne ensuite accès aux variables principales utilisées dans les calculs.
- réglage de T (°C), P (bar) et NaCl wt % ;
- affichage ou saisie de la densité en kg/m3 ;
- affichage du volume spécifique V (l/kg) ;
- option Fix the density pour imposer la densité dans certains calculs ;
- estimation des proportions de vapeur, liquide et halite, en pourcentage massique et volumique ;
- bouton Set initial conditions pour appliquer les conditions choisies.
Des boutons complémentaires permettent de recentrer certains calculs sur des cas particuliers, par exemple des compositions proches de la saturation en halite ou des compositions imposées en NaCl.
Onglet Pressure-Temperature-NaCl wt %
Cet onglet constitue le coeur du logiciel. Il rassemble plusieurs diagrammes de phases utiles pour étudier les équilibres du système H2O-NaCl en fonction de la température, de la pression et de la salinité.
- Isothermal P-x projection : diagramme pression-composition à température constante.
- Isopleth P-T projection : diagramme pression-température pour une composition fixée.
- Isobaric x-T projection : diagramme composition-température à pression constante.
Ces graphes montrent les différents domaines de stabilité des phases, ainsi que les frontières entre liquide, vapeur, liquide + vapeur, et les domaines où intervient l'halite. Un symbole marque la position de l'état courant dans les diagrammes.
Sous les graphes, le logiciel affiche plusieurs résultats numériques :
- Saturation Properties : propriétés de saturation de l'eau ou de la saumure à la température étudiée, avec notamment la pression de saturation et les densités des phases ;
- Liquid-Vapour association : paramètres caractéristiques lorsque liquide et vapeur coexistent ;
- Halite-Liquid-Vapour association : propriétés du système lorsqu'une phase saline solide est également présente.
Cet onglet est particulièrement utile pour visualiser rapidement dans quel domaine de phase se situe une inclusion fluide donnée.
Figure 2 : Représentation de plusieurs diagrammes de phases dans l'onglet principal : projections isotherme P-x, isoplèthe P-T et isobare x-T, avec affichage des domaines de stabilité des phases.
Onglet Density
L'onglet Density est dédié aux relations entre densité, pression, température et composition. Il donne accès à plusieurs projections complémentaires permettant d'interpréter les densités des inclusions et les variations de volume.
- Isothermal rho-P projection : variation de la densité avec la pression à température constante ;
- Isobaric rho-T projection : variation de la densité avec la température à pression constante ;
- Isothermal v-x projection : évolution du volume spécifique en fonction de la composition ;
- Isothermal rho-x projection : évolution de la densité avec la composition.
Ces diagrammes permettent de relier des mesures de densité ou de volume à l'état thermodynamique du fluide et d'identifier les domaines où les propriétés changent fortement au voisinage des transitions de phase.
Figure 3 : Onglet Density montrant plusieurs projections reliant densité, pression, température, volume spécifique et salinité dans le système H2O-NaCl.
Onglet Halite
L'onglet Halite traite spécifiquement des inclusions contenant ou pouvant contenir de l'halite. Il permet d'explorer l'effet combiné de la salinité globale et de la densité sur la fusion de l'halite et sur la coexistence des phases dans les inclusions riches en sel.
Une grande partie de l'écran est consacrée à des cas typiques d'interprétation :
- cas où une bulle de gaz est encore présente au moment de la disparition de l'halite ;
- cas où halite et vapeur disparaissent simultanément ;
- cas où l'homogénéisation du liquide intervient avant la fusion complète de l'halite.
Pour chacun de ces scénarios, le logiciel affiche des paramètres tels que :
- Tm(halite) : température de fusion de l'halite ;
- Th : température d'homogénéisation ;
- Ph et Pm : pressions associées ;
- bulk inclusion density : densité globale de l'inclusion ;
- liquid NaCl wt % au moment considéré ;
- taille éventuelle de l'halite ou de la bulle.
À droite, un diagramme Isopleth rho-T projection aide à replacer graphiquement ces résultats dans l'espace température-densité.
Un module Inclusion characterization permet aussi d'entrer des températures observées, par exemple Th et Tm, afin d'estimer la salinité, la densité globale, la taille de bulle et les pressions correspondantes. Cet outil est très utile pour l'interprétation microthermométrique des inclusions salines.
Figure 4 : Onglet Halite dédié à l'interprétation des inclusions hypersalines, avec calculs liés à la fusion de l'halite, à l'homogénéisation et à la caractérisation de l'inclusion.
Onglet Ice
L'onglet Ice est consacré à l'interprétation de la fusion de la glace dans les inclusions aqueuses. Il permet d'estimer la salinité totale à partir de la température de fusion de la glace.
- saisie de la Ice melting temperature (°C) ;
- prise en compte éventuelle du rapport NaCl / (NaCl + KCl) ;
- calcul de la bulk salinity ;
- affichage séparé des fractions NaCl wt % et KCl wt % ;
- bouton Assign salinity pour reporter la salinité calculée dans l'état courant.
Le graphique principal représente la relation entre température de fusion de la glace et salinité. Un diagramme triangulaire H2O-NaCl-KCl complète l'interprétation en situant la composition du système lorsque les chlorures de sodium et de potassium sont pris en compte.
Figure 5 : Onglet Ice utilisé pour déduire la salinité d'une inclusion à partir de la température de fusion de la glace, avec diagramme triangulaire H2O-NaCl-KCl.
Onglet Isochore
L'onglet Isochore sert à calculer et à afficher les isochores, c'est-à-dire les courbes pression-température correspondant à une densité ou à un volume molaire constant. Ces courbes sont essentielles pour reconstituer les conditions de piégeage d'une inclusion fluide à partir de mesures microthermométriques.
Le grand diagramme central montre l'isochore calculée dans le diagramme P-T du système H2O-NaCl, en même temps que les domaines de phase du fluide.
- bouton Calculate the isochor pour calculer l'isochore ;
- bouton Delete the isochor pour effacer la courbe ;
- outils de navigation graphique pour zoomer, déplacer ou réinitialiser l'affichage.
Cet onglet est particulièrement important pour confronter les données d'inclusions fluides à des contraintes géologiques de pression et de température.
Figure 6 : Onglet Isochore montrant le calcul et le tracé d'une isochore dans le diagramme pression-température du système H2O-NaCl.
Onglet Boiling
L'onglet Boiling est consacré à la modélisation de l'ébullition dans un système hydrothermal. Il décrit l'évolution de la température et de la pression avec la profondeur dans différentes zones superposées.
- aerostatic zone ;
- hydrostatic zone ;
- non-boiling hydrostatic part ;
- boiling hydrostatic part ;
- interface ;
- lithostatic zone.
Pour chacune de ces zones, le logiciel permet de définir ou d'afficher :
- l'épaisseur ou la profondeur ;
- la température au sommet et à la base ;
- la pression au sommet et à la base ;
- la composition en NaCl ;
- éventuellement la proportion volumique de gaz ;
- les gradients thermiques et les densités des milieux solides.
Le graphique supérieur représente la variation de T en fonction de la profondeur d (m), ainsi que les courbes de saturation correspondantes. Le graphique inférieur représente le domaine P-T associé.
Des options permettent de montrer ou masquer les courbes de saturation du réservoir hydrostatique et du réservoir lithostatique, ou d'utiliser une formule simplifiée. Cet onglet est adapté aux contextes hydrothermaux où l'ébullition joue un rôle majeur dans l'évolution des fluides.
Figure 7 : Onglet Boiling consacré à la modélisation d'un système hydrothermal stratifié, avec profil thermique en fonction de la profondeur et représentation des conditions pression-température associées.
Outils graphiques
Chaque zone graphique est accompagnée d'une petite barre d'outils qui permet de manipuler l'affichage.
- zoom avant ;
- zoom arrière ;
- retour à la vue générale ;
- déplacement ou recadrage ;
- export ou rafraîchissement suivant les fenêtres.
Ces outils facilitent l'examen détaillé des domaines de phase et des intersections entre trajectoires thermodynamiques et limites d'équilibre.
Fonctionnalités principales de SATER
- définir plusieurs états thermodynamiques et les comparer ;
- calculer les domaines de phase du système H2O-NaCl ;
- représenter des projections P-x, P-T, x-T, rho-P, rho-T, rho-x et v-x ;
- estimer la densité, le volume spécifique et la répartition des phases ;
- interpréter la fusion de la glace et en déduire la salinité ;
- interpréter la fusion de l'halite et caractériser les inclusions hypersalines ;
- calculer et tracer des isochores ;
- modéliser les conditions d'ébullition dans un réservoir hydrothermal ;
- aider à reconstituer les conditions de piégeage des inclusions fluides.
Utilisation générale
Une utilisation typique de SATER consiste à définir d'abord un état initial à partir de données expérimentales, par exemple une température d'homogénéisation, une salinité obtenue par fusion de la glace, ou une information sur la fusion de l'halite. On peut ensuite explorer les différents onglets pour replacer cet état dans les diagrammes de phases, calculer une densité, tracer une isochore et discuter les conditions possibles de piégeage ou d'évolution du fluide.
SATER constitue ainsi un outil d'interprétation complet pour l'étude des inclusions fluides aqueuses salées et pour l'enseignement des relations entre microthermométrie, diagrammes de phases et contexte géologique.