Modélisation des processus du méthane microbien en milieu marin : de la source aux émissions. Aperçus de l’analyse des bassins

Modelling Microbial Methane Processes in Marine Environments : from Source to Seep. Insights from Basin Analysis

• Auteur / Autrice : Martina Torelli
• Direction : Éric Deville, Stéphanie Dupré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 27/04/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut français du pétrole Énergies nouvelles (Rueil-Malmaison, Hauts-de-Seine)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Moretti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pieter van Rensbergen, Swanne Gontharet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Guyot, J. Marcelo Ketzer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diversité microbienne

Méthane

Matière organique

Modèles mathématiques

Bassins sédimentaires

Sédiments marins -- Teneur en composés organiques

Mots clés libres

Méthane biogénique

Modélisation de bassin

Temisflow

Géochimie

Bassin aquitain offshore

Canal du Mozambique

Matière organique

Budget de méthane

Biogenic methane

Basin modelling

TemisFlow

Geochemistry

Offshore Aquitaine basin

Mozambique Channel

Organic Matter

Methane Budget

Résumé

Les sédiments marins des marges continentales sont enrichis en Matière Organique Sédimentaire (MOS) qui peut être transformée en méthane par l'activité microbienne. Les précédents résultats obtenus dans le cadre du projet de recherche PAMELA ont permis d'identifier plusieurs points d’émissions de méthane biogénique sur le plateau continental du Golfe de Gascogne et le long des marges du Mozambique et de Madagascar. Afin de mieux comprendre l'impact de la nature de la Matière Organique (MO) sur ces systèmes fluides, nous avons (1) caractérisé la MO et (2) proposé une nouvelle approche de modélisation pour estimer la présence de gaz biogénique à l'échelle du bassin. Les premiers résultats concernant l'évolution du matériel organique à grande échelle dans le Canal du Mozambique, ont montré des hétérogénéités en termes de qualité et de quantité de MO entre les marges du Mozambique et de Madagascar. Nous avons conclu que les variations des signatures isotopiques peuvent être le résultat des conditions de transport et de préservation différentes entre les deux sites. Une nouvelle approche de modélisation a été appliquée au système biogénique localisé sur le rebord du plateau aquitain (Golfe de Gascogne). Les résultats ont conduit à un scénario de référence pour la production de méthane microbien dans le Bassin Aquitain offshore qui est cohérent avec les quantités de méthane émis au fond de la mer. Le gaz biogénique est généré actuellement dans les sédiments du Plio-Pléistocène, avec une quantité moyenne de gaz émis estimée entre 0,87 et 1,48 Tcf / My.

Marine sediments in continental margins are known to be enriched in Sedimentary Organic Matter (SOM) which can yield methane by microbial activity. Previous results collected in the framework of the PAMELA research project allowed to identify several seepages of microbial methane offshore Aquitaine (Bay of Biscay) and along the Mozambique and Madagascar continental margins. In order to better understand the impact of the Organic Matter (OM) on such fluid systems, we (1) characterized the OM, and (2) proposed a new modelling approach to predict methane cycle at the basin scale from its generation to migration and release. The OM in the Mozambique Channel shows heterogeneities at large scale in quality and quantity between the Mozambique and the Madagascar margins. We concluded that isotopic signature variations can be the result of different transport and preservation conditions between the two sites. A new modelling approach was applied to the Bay of Biscay biogenic fluid system. It consists of a basin modelling workflow of microbial gas generation and migration process at the basin scale and accounts for OM biodegradation processes and the main biogenic gas sink. The results allowed us to propose a reference scenario for microbial gas production in offshore Aquitaine that is compared with measured data from in situ bubbling sites and acoustic water column signatures. The biogenic system appears to be sourced by biogenic gas system found in the Plio-Pleistocene sediments that is still active, with a mean flow rate estimated between 0.87 and 1.48 Tcf/My.