micro-Organismes et Reactivité de l'HYdrOgèNe dans le sous-sol – ORHYON

Le programme scientifique de la chaire ORHYON porte sur la caractérisation du comportement de l’hydrogène dans le sous-sol. Il est structuré en trois tâches scientifiques (Tâches 1 à 3) :

- la première portera sur les environnements profonds, approchés par construction de systèmes modèles
et simulation numérique,

- la deuxième caractérisera les marqueurs biologiques et géochimiques des systèmes à H2 en étudiant des
analogues naturels,

- la troisième fournira une réponse intégrée et à grande échelle par la réalisation d’un modèle
d’écoulement réactif régional.

A cause de la période de pandémie, la chaire a pris une année de retard. Le premier thésard a été recruté en octobre 2021 et le premier post-doctorant en février 2022. Les campagnes d'échantillonnage ont débuté et les échantillons sont en train d'être traités.

L'objectif de l’UPPA, IFPEN et Engie est de développer la compréhension du comportement de l’ H2 dans le sous-sol en vue d’une exploitation commerciale des stockages souterrains d’H2 et la production d’H2 naturel, ces deux volets permettant une accélération du développement à grande échelle de l’H2 comme source et stockage d’énergie bas carbone et contribuant à la transition énergétique.

Pas encore.

L’hydrogène (H2) est une molécule dont la combustion, très énergétique, ne libère que de l’eau. L’H2 est actuellement principalement obtenu par reformage d’hydrocarbures ; ce procédé s’accompagne alors d’une production conséquente de CO2. Mais l’H2 peut également être généré par électrolyse d’eau en utilisant l’excédent énergétique provenant de sources renouvelables, puis transporté et stocké, notamment dans des réservoirs géologiques naturels, comme les aquifères ou les gisements d’hydrocarbures déplétés. Il peut également, dans une mesure qui demande à être précisée, être exploité comme géoressource à partir d’émissions naturelles. L’H2, à la fois vecteur et source d’énergie, occupe une place importante dans la stratégie R&I d’Engie. La chaire ORHYON s’appuiera sur les forces individuelles et complémentaires d’Engie, d’UPPA et d’IFPEN pour mener un effort de recherche fondamentale nécessaire au développement d’une filière « H2 vert » industrielle compétitive. Les travaux menés dans ce projet, en cohérence avec les activités des trois organismes partenaires, adresseront les problématiques de la mobilité et de la réactivité bio-géochimique d’H2 dans les milieux poreux naturels, du sous-sol profond à la surface.

La chaire ORHYON se déroulera sur une durée de quatre ans, et sera portée par Anthony Ranchou-Peyruse, spécialisé dans la microbiologie des environnements profonds à l’UPPA-IPREM. Le programme de travail est structuré en trois tâches scientifiques :

- la première portera sur les environnements profonds approchés par construction de systèmes modèles et simulation numérique,
- la deuxième caractérisera les marqueurs biologiques et géochimiques des systèmes à H2 en étudiant des analogues naturels,
- la troisième fournira une réponse intégrée et à grande échelle par la réalisation d’un modèle d’écoulement réactif régional.

Ces tâches seront réalisées au travers de six doctorats et post-doctorats, répartis de manière équilibrée entre l’UPPA et IFPEN. L’acquisition des données nécessaires à ces travaux et la construction des modèles numériques seront principalement articulées autour du bassin de Sao Francisco, analogue naturel situé dans l’état du Minas Gerais au Brésil, où des émanations d’H2 natif ont été caractérisées. La chaire ORHYON représente un maillon essentiel d’un ensemble d’études engagées sur cette zone par Engie.

Concrètement, les résultats obtenus permettront une meilleure compréhension des mécanismes régissant le transport et la rétention de l’H2 dans les formations géologiques, mais également de mettre au point des outils et méthodologies permettant de réduire les risques relatifs au stockage en milieu poreux, de préciser le potentiel de l’H2 naturel comme ressource énergétique et de fournir des guides pour l’exploration en vue de son exploitation. Les retombées pour la communauté scientifique seront importantes, et se manifesteront par la présentation des résultats dans des publications et participations à congrès, l’enseignement des compétences développées dans des masters de l’UPPA et modules de l’IFP School, et l’organisation d’un workshop en fin de projet.

L’approche proposée est innovante, pluridisciplinaire, et combine observations de terrain, expériences en laboratoire et simulations numériques. Elle s’appuiera notamment sur les solides compétences en microbiologie du sous-sol, géologie, géochimie, modélisation et simulation numérique des instituts de recherche partenaires, et bénéficiera du soutien de l’acteur industriel gazier très actif dans le domaine de l’H2, Engie, de son centre de recherche corporate du CRIGEN, et de certaines de ses filiales, comme Storengy. S’inscrivant dans la continuité de travaux communs sur cette thématique, la chaire ORHYON constitue un des piliers de la feuille de route visant à construire une recherche collaborative pérenne entre l’UPPA, IFPEN et Engie centrée sur l’H2 et l’utilisation du sous-sol pour cette filière.