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

Micro-organismes et réactivité de l'hydrogène dans le sous-sol

L’hydrogène (H2) est une ressource très prometteuse. Il peut être transporté et stocké en grandes quantités dans des réservoirs géologiques. Le H2 est également produit géochimiquement à partir des émissions naturelles.<br /><br />Les résultats de la chaire permettront de mieux comprendre les processus de la migration et de la rétention du H2; développer de nouveaux outils et méthodologies pour réduire les risques associés au stockage géologique; fournir des guides pour son exploration et sa production.

Objectifs et caractères ambitieux du projet

Le rôle que jouera l’H2 dans un futur mix énergétique décarboné sera potentiellement majeur, mais le bon<br />développement de la filière doit passer par un effort de recherche important. La chaire ORHYON propose d’y contribuer en adressant le comportement d’H2 dans le sous-sol, et notamment ses interactions avec la biosphère. Les objectifs de ce projet visent conjointement à mieux comprendre les mécanismes régissant le transport et la rétention d’H2 dans les formations géologiques, à mettre au point des outils et méthodologies permettant de qualifier les projets à venir de stockage d’H2 en milieu poreux, de préciser le potentiel de l’H2 natif comme ressource énergétique et de fournir des guides pour l’exploration en vue de son exploitation, ainsi qu’à disséminer les connaissances générées et former les étudiants aux compétences développées. Une approche pluridisciplinaire, combinant observations de terrain, expériences en laboratoire et simulations numériques, et tenant pour la première fois pleinement compte du potentiel métabolique du compartiment microbien, permettra d’atteindre ces objectifs ambitieux. Elle s’appuiera notamment sur les<br />solides compétences en microbiologie du sous-sol, géologie, géochimie, modélisation et simulation<br />numérique des instituts de recherche partenaires, et bénéficiera du soutien d’un acteur industriel gazier très<br />actif dans le domaine de l’H2, Engie, de son centre de recherche corporate du CRIGEN, et de certaines de ses<br />filiales (Storengy, BU-Brazil).Concrètement, les efforts portés dans ce projet sur les interactions entre H2, écologie microbienne et composés inorganiques dans différents environnements de la subsurface (proches ou profonds, contexte géologique intra-cratonique ou ophiolitique) permettront : (i) de quantifier les différents processus<br />biogéochimiques ; (ii) d’identifier des micro-organismes, voire des assemblages de micro-organismes,<br />caractéristiques de la présence d’H2 dans le sous-sol.<br /><br />Une approche pluridisciplinaire, combinant observations de terrain, expériences en laboratoire et simulations numériques, et tenant pour la première fois pleinement compte du potentiel métabolique du compartiment microbien, permettra d’atteindre ces objectifs ambitieux. 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 d’un acteur industriel gazier très actif dans le domaine de l’H2, Engie, et de certaines de ses filiales (Storengy, BU-Brazil).<br /><br />Les efforts portés dans ce projet sur les interactions entre H2, écologie microbienne et composés inorganiques dans différents environnements de la subsurface (proches ou profonds, contexte géologique intra-cratonique ou ophiolitique) permettront : (i) de quantifier les différents processus biogéochimiques ; (ii) d’identifier des micro-organismes caractéristiques de la présence d’H2 dans le sous-sol.

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.

Coordination du projet

Anthony RANCHOU-PEYRUSE (INSTITUT DES SCIENCES ANALYTIQUES ET DE PHYSICO-CHIMIE POUR L'ENVIRONNEMENT ET LES MATERIAUX)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPREM INSTITUT DES SCIENCES ANALYTIQUES ET DE PHYSICO-CHIMIE POUR L'ENVIRONNEMENT ET LES MATERIAUX

Aide de l'ANR 549 990 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2020 - 48 Mois

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