Stockage minéral du CO2 dans les basaltes : les bactéries du sous-sol profond s’en mêlent

Vendredi, 20 octobre 2017

Une équipe internationale comprenant des chercheurs de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP / CNRS / Université Paris Diderot / Université La Réunion), de l’Institut de biologie intégrative de la cellule (I2BC, Université Paris-Sud / CNRS / CEA / INRA) a étudié la réactivité des micro-organismes présents dans de profondes coulées basaltiques islandaises lors d’injections de dioxyde de carbone (CO2). La dissolution du basalte provoquerait un développement biologique accru qui ne serait pas sans conséquence sur le devenir du gaz injecté et la capacité de la roche à convertir ce gaz à effet de serre sous forme minérale en carbonates solides.

Champ de basaltes où le CO2 est stocké en profondeur, avec en arrière plan les gaz volcaniques relargués par la centrale géothermique d'Hellisheidi en Islande. © Bénédicte Ménez, IPGP À l’heure où les solutions alternatives de géo-ingénierie se multiplient pour pallier les émissions trop importantes de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère dues à l’utilisation massive des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz), la faculté naturelle des basaltes à minéraliser le CO2 en carbonates solides a depuis longtemps été regardée comme une voie attractive et prometteuse, permettant un stockage pérenne de ce gaz à effet de serre qui limiterait les risques environnementaux. Cette capacité de minéralisation du CO2 a récemment été évaluée in situ au sein de coulées basaltiques profondes dans le cadre du projet CarbFix1 (https://www.or.is/carbfix) mené en Islande sur le site pilote associé à la centrale géothermique d’Hellisheidi où 2 injections de gaz acides (CO2 ± H2S) ont été menées en 2012.

Toutefois, les basaltes de basse température (< 120°C), tels que ceux étudiés en Islande, hébergent des communautés microbiennes abondantes et diverses, à tel point qu’ils sont désormais reconnus comme l’un des habitats microbiens les plus importants sur Terre. Or, ces communautés restent méconnues pour la plupart et sont dès lors rarement prises en compte dans ces technologies visant à utiliser la sub-surface comme lieu de stockage géologique.

Filtration des eaux souterraines au niveau de la tête d'un puits foré dans les basaltes pour collecter les micro-organismes constituants les écosystèmes profonds. © Bénédicte Ménez, IPGP Une équipe internationale a suivi, à partir de 2008, la réactivité de ces écosystèmes microbiens profonds au cours des injections de gaz acides menées en Islande. Ces chercheurs ont ainsi pu montrer que ces écosystèmes profonds répondaient très rapidement (en quelques semaines) aux injections de CO2 dissous dans les eaux souterraines. Ces eaux acides ont dissout les basaltes et ainsi libéré les nutriments et sources d'énergie (dont en particulier fer, magnésium, calcium et composés aromatiques) nécessaires à la croissance microbienne et à l’assimilation du CO2 par les micro-organismes. Ainsi, ces chercheurs ont pu mettre en évidence la prolifération de bactéries chimiolithoautotrophes (utilisant le CO2) et ferroxydantes ainsi que de bactéries dégradant les composés aromatiques complexes. À leur tour, ces activités microbiennes ont influencé le devenir du CO2 injecté, une partie du carbone ayant été convertie en biomasse moins stable dans le temps que les carbonates solides. Elles ont également modifié l'état redox de l'aquifère en oxydant le fer notamment ainsi que la disponibilité des éléments nécessaires à la carbonatation, avec de probables conséquences sur les réactions de dissolution des silicates et de précipitation des carbonates et donc l’efficacité du stockage minéral dès lors amoindrie.

Source(s): 

High reactivity of deep biota under anthropogenic CO2 injection into basalt, Rosalia Trias, Bénédicte Ménez, Paul le Campion, Yvan Zivanovic, Léna Recourt, Aurélien Lecoeuvre, Philippe Schmitt-Kopplin, Jenny Uhl, Sigurður R. Gislason, Helgi A. Alfreðsson, Kiflom G. Mesfin, Sandra Ó. Snæbjörnsdóttir, Edda S. Aradóttir, Ingvi Gunnarsson, Juerg M. Matter, Martin Stute, Eric H. Oelkers & Emmanuelle Gérard, Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-017-01288-8

Contact(s):
  • Bénédicte Ménez, IPGP
    menez [at] ipgp [dot] fr, 01 83 95 73 86
  • Emmanuelle Gérard, IPGP
    emgerard [at] ipgp [dot] fr

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