Implication des microorganismes dans les processus de stockage géologique du CO2

par Sébastien Dupraz

Thèse de doctorat en Géochimie

Sous la direction de Sylvie Derenne et de Bénédicte Menez.

Soutenue en 2008

à l'Institut de Physique du Globe (Paris) .


  • Résumé

    Le premier acquis important de cette thèse est la construction et validation d'un système de circulation fermé nommé BCC (Biomineralization Control Cell). En plus de caractéristiques classiques d'un bioréacteur (compatibilité biologique, contrôle de la température et agitation, stérilisabilité), ce dispositif possède des modules permettant un suivi de la chimie du milieu (potentiel d'oxydo-réduction, pH, conductivité, mesures spectrophotométriques) ainsi qu'un système de percolation au travers d'une carotte de roche. Ce réacteur est une étape vers une modélisation analogique des interactions entre CO2 injecté et biosphère profonde. De plus, une nouvelle méthodologie de quantification des espèces réduites du soufre a été mise en place afin de pouvoir suivre plus efficacement les activités biologiques sulfato-réductrices. Dans ce contexte, quatre métabolismes intéressants dans une optique de bio-minéralisation ou d'assimilation biologique du CO2 ont été sélectionnés et testés : une souche uréolytique de référence carbonatogène et aérobie, Bacillus pasteurii, une bactérie sulfatoréductrice, Desulfovibrio longus, un consortium sulfato-réducteur (DVcons) et une bactérie homoacétogène, Acetobacterium carbinolicum. Le micro-organisme Bacillus pasteurii, choisi dans ce travail comme modèle de biominéralisation de carbonates, a permis de démontrer la faisabilité d'une modélisation analogique et numérique rigoureuse des processus biologiques de basification du milieu et de biominéralisation de carbonates dans des conditions physico-chimiques pertinentes pour un site de stockage de CO2, c'est à dire dans une eau reconstituée d'aquifère. Nous avons de plus démontré que la salinité jouait un rôle positif dans les capacités de piégeage minéral de CO2 par cette bactérie ; nous avons déterminé les limites du système en pression de CO2 et nous avons montré que les biocarbonates formés par nucléation sur des phosphates de calcium intra-cellulaires possédaient une signature reconnaissable en isotopes du carbone. Les souches de biosphère profonde étudiées (Desulfovibrio longus et Acetobacterium carbinolicum) ainsi que le consortium sulfato-réducteur promeuvent aussi des transformations de CO2 en carbonates solides bien réelles, mais beaucoup plus limitées. En revanche, inoculées dans l'eau d'aquifère reconstituée et associées à un flux de H2, Acetobacterium carbinolicum et le consortium sulfato-réducteur démontrent des possibilités importantes d'assimilation biologique du CO2 sous forme de biomasse cellulaire ou de polymères extracellulaires. Un sous produit intéressant de ces expériences a été de démontrer le très fort potentiel d'absorption de H2 par ces systèmes bactériens et la possibilité de le quantifier précisément. Le dispositif et la méthode mis au point ici pourront être adaptés à des études sur le devenir de H2 en sub-surface

  • Titre traduit

    Microorganisms implication in the process of CO2 geological sequestration


  • Résumé

    A first result of this thesis is the building and validation of a circulation reactor named BCC (Biomineralization Control Cell). The reactor has the functionality of a biological reactor and allows a monitoring of physico-chemical characteristics such as Eh, pH, electrical conductivity, spectrophotochemical parameters. It also has a capability of percolation through rock cores. It is a first step toward an analogical modeling of interactions between injected CO2 and deep biospheric components. Moreover, a new spectrophotochemical method for monitoring reduced sulfur species has been developed wich allows efficient monitoring of sulfate-reducing metabolisms. In the thesis, we have tested four metabolisms relevant to biomineralisation or biological assimilation of CO2: a reference ureolytic aerobic strain, Bacillus pasteurii, a sulfate-reducing bacterium, Desulfovibrio longus, a sulfate-reducing consortium (DVcons) and an homoacetogenic bacterium, Acetobacterium carbinolicum. In the case of Bacillus pasteurii, which is considered as a model for non photosynthetic prokaryotic carbonate biomineralization, we have demonstrated that the biological basification and carbonate biomineralization processes can be modelled acurately both analogically and numerically under conditions relevant to deep CO2storage, using a synthetic saline groundwater. We have shown that salinity has a positive effect on CO2 mineral trapping by this bacterium; we have measured the limits of the system in terms of CO2 pressure and we have shown that the carbonates that nucleate on intracellular calcium phosphates have specific carbon isotope signatures. The studied deep-subsurface strains (Desulfovibrio longus and Acetobacterium carbinolicum) as well as the sulfate-reducing consortium also have capabilities of converting CO2 into solid carbonates, much less efficent though than in the case of Bacillus pasteurii. However, once inoculated in synthetic saline groundwater and subjected to an H2/CO2 gas flow, Acetobacterium carbinolicum and the sulfate-reducing consortium show important capabilities of CO2 biological assimilation either as cellular biomass or as extra-cellular polymeric substances. These experiments also demonstrated the strong capabilites of H2 absorption by these bacterial systems, allowing a good quantitative measurement of this phenomenon in future studies about the fate of H2 in the subsurface.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (359 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : T GLOB 2008 9

Cette version existe également sous forme de microfiche :

  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 08 GLOB 0009
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.