BRGM - Thèse sur la valorisation du CO₂ par des micro-organismes dans des systèmes géothermiques

Cette thèse porte sur l'optimisation de l'efficacité énergétique d'un système géothermique à Draškovec, dont les fluides contiennent principalement du méthane (CH₄) et du dioxyde de carbone (CO₂). L'objectif principal est de contrôler et favoriser la conversion biologique du CO₂ dissous en CH₄ grâce à des micro-organismes, au sein d'un bioréacteur en surface. Ces micro-organismes pourront être présent naturellement (issus du fluide géothermique) ou sélectionnés en laboratoire. Les conditions extrêmes du réservoir (jusqu'à 250 bar et 100 °C), ainsi que celles liées à l'exploitation géothermique, influencent fortement ces processus biologiques. Une compréhension fine des besoins de ces micro-organismes (température, pression, nutriments) est donc essentielle pour optimiser la méthanogenèse.Un second objectif : l'impact de la réinjection du CO₂, issu de la combustion du CH₄, sur les communautés microbiennes profondes et les équilibres géochimiques. Il s'agit également d'étudier le devenir de ce CO₂, notamment sa minéralisation via des processus biogéochimiques.La thèse s'articule autour de plusieurs questions scientifiques : identification des communautés microbiennes en conditions extrêmes, compréhension des mécanismes de production de méthane à partir du CO₂, effets de la réinjection de CO₂ sur les écosystèmes profonds et sa minéralisation, et intégration de ces processus biologiques dans un système géothermique.Le travail débute par la caractérisation géochimique et microbiologique du réservoir, à travers des campagnes d'échantillonnage d'eau et de roches. Ces analyses permettront d'identifier les micro-organismes présents et de collecter des échantillons pour des expérimentations en laboratoire, en collaboration avec des partenaires industriels et académiques. Parallèlement, une sélection de micro-organismes méthanogènes adaptés aux conditions du site sera réalisée.La deuxième phase consistera à tester en laboratoire la capacité de ces micro-organismes à produire du méthane dans différentes conditions (température, pH, salinité). Les souches les plus prometteuses seront étudiées en détail afin de déterminer leurs besoins nutritionnels et les facteurs influençant leur performance. Des voies de minéralisation du CO₂ seront également explorées.Enfin, la dernière étape visera à intégrer ces résultats, notamment via des essais pilotes et des simulations géochimiques, afin d'évaluer la faisabilité du couplage entre production de méthane et réinjection de CO₂ en conditions réelles.Les résultats attendus incluent une meilleure connaissance des écosystèmes microbiens profonds, l'identification des conditions optimales de conversion du CO₂ en CH₄, et la mise en évidence de mécanismes de minéralisation du CO₂. Ce projet ouvre des perspectives innovantes pour associer énergie géothermique, production de gaz renouvelable et stockage du carbone, tout en offrant des débouchés dans les domaines de l'énergie, de l'environnement et de la recherche