Thèse soutenue

Étude de la valorisation du CO2 par méthanogénèse hydrogénotrophe dans un contexte de stockage géologique

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Auteur / Autrice : Emeline Vidal
Direction : Samuel MarreAnthony Ranchou-Peyruse
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie Analytique et Environnementale
Date : Soutenance le 31/03/2023
Etablissement(s) : Bordeaux
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac) - Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
Jury : Président / Présidente : Laurence Croguennec
Examinateurs / Examinatrices : Karine Alain, Karyn Rogers, Yannick Combet-Blanc, Anaïs Cario
Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Jebbar, Karen Lloyd

Mots clés

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Résumé

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L'augmentation spectaculaire dans l'atmosphère des concentrations de gaz à effet de serre issus de l’activité humaine menace l'équilibre des écosystèmes, y compris notre mode de vie. Il est urgent de développer des technologies permettant de réduire ces émissions anthropiques, en particulier celles de CO2. Une stratégie prometteuse consiste à stocker le CO2 dans des formations géologiques profondes, comme les aquifères salins profonds, où il pourrait être recyclé en CH4 par les microorganismes endémiques. Les structures géologiques ciblées lors de cette étude sont des aquifères salins profonds d’un kilomètre avec une température allant jusqu'à 100°C et une pression hydrostatique allant jusqu'à 150 bar. Les méthanogènes hydrogénotrophes, qui peuvent transformer le CO2 et le H2 en méthane (CO2 + 4 H2 --> CH4 + 2 H2O), font partie des communautés microbiennes présentes dans ces environnements. Il est donc théoriquement possible d’imaginer ces aquifères salins profonds comme des macro-bioréacteurs pour un processus de valorisation du CO2 en méthane. Cependant, nos connaissances sont très fragmentaires sur le comportement de ces microorganismes face à une injection élevée de CO2, ainsi que sur le rendement de cette méthanogénèse. Des approches multi-échelles à haute pression ont donc été développées pour étudier cette réaction biochimique à l'échelle du laboratoire. Ces outils peuvent supporter des températures jusqu'à 150°C et des pressions jusqu'à 500 bar. Dans cette étude, la réaction de méthanogénèse est suivie dans des conditions simulant celles des aquifères salins profonds afin de déterminer les paramètres clés pour améliorer le potentiel de recyclage du CO2. La souche archéenne Methanococcus thermolithotrophicus est utilisée comme souche modèle et cultivée à 100 bar avec une variation de la pression partielle H2/CO2. De plus, la génération d'hydrogène biotique et abiotique pour alimenter la méthanogénèse est également étudiée. A terme, les outils développés doivent permettre (i) de mimer les conditions des écosystèmes profonds, (ii) d'estimer les rendements de production de méthane et (iii) de tester la possibilité de scénarios d'exploitation, tout en apportant de nouvelles technologies pour explorer la biosphère profonde.