Enjeux
Le Bassin aquitain a connu une forte activité d’exploration et d’exploitation du sous-sol au XXe siècle, principalement tournée vers les ressources hydrocarbonées. Dans le contexte de la transition énergétique, les activités évoluent aujourd’hui vers l’exploration et l’exploitation de nouvelles ressources (hydrogène natif, géothermie), et le stockage souterrain (hydrogène, dioxyde de carbone). Cette transition est accompagnée tant par les pouvoir publics que par les acteurs académiques et industriels qui y mènent des activités de recherche et développement.
La région Nouvelle Aquitaine a notamment lancé une évaluation de ses ressources en hydrogène natif considéré comme un vecteur énergétique renouvelable offrant des perspectives prometteuses pour la transition énergétique. La région présente de plus des atouts pour le stockage géologique puisqu’elle concentre des infrastructures déjà présentes, des volontés collectives, et des liens entre les acteurs académiques et industriels. Enfin, le Bassin aquitain est également bien pourvu en ressources géothermiques.
L’exploration de ressources (hydrogène natif, géothermie), le stockage géologique et la surveillance des gaz stockés dans le sous-sol, soulèvent des questions scientifiques qui sont au cœur du projet AquiBEAT pour faire du Bassin d’Aquitaine un laboratoire pour la transition énergétique.
Carte structurale de la base du Tertiaire (Lasseur et al., 2021).
© Lasseur et al., 2021
Objectifs et axes de recherche
Le projet AquiBEAT du PEPR Sous-sol, bien commun vise à fédérer les activités de recherche sur ces thématiques afin d’améliorer les connaissances géologiques du Bassin aquitain, notamment pour des applications de géothermie basse et moyenne température, de réaliser un guide pour l’exploration des ressources en hydrogène natif, et d’étudier des problématiques liées au stockage souterrain.
Il s’articule ainsi autour de trois axes de recherche :
1. Construction d'une connaissance intégrée du potentiel des réservoirs
Ce premier axe comporte plusieurs actions en vue d’améliorer la connaissance des géométries et caractéristiques du sous-sol du Bassin aquitain qui servira de base aux diverses applications (géothermie, stockages, énergies nouvelles ; etc.).
Modélisation géologique déterministe des séries Méso-Cénozoïques du bassin d'Aquitaine. Cette action vise à atteindre trois objectifs principaux :
- Implémenter le jeu de données existant (cartes géologiques, forages, profils sismiques retraités par le BRGM);
- Harmoniser la cartographie des principaux marqueurs de l’architecture du bassin ;
- Réaliser un modèle géologique à l'échelle du bassin pour l'ensemble du Méso-Cénozoïque. L'accent est mis sur l'intégration cohérente des données existantes, la standardisation de la cartographie temporelle et la création d'un modèle géologique global à grande échelle pour les formations géologiques de cette période spécifique.
Modèles géologiques et capacités de réservoir du mésozoïque d'Aquitaine : application à l'énergie géothermique : il s’agit d’améliorer un modèle géologique du Crétacé dans le nord du Bassin aquitain, en mettant l'accent sur les applications futures liées aux aquifères profonds pour l'énergie géothermique. Parallèlement, l'étude se penche sur les capacités de réservoir des formations jurassiques dans le bassin, en cherchant à comprendre les épisodes de dolomitisation liés à l'enfouissement et les circulations de fluides associées à l'échelle régionale. L'objectif global est d'optimiser la compréhension géologique en vue d'une utilisation plus efficace des ressources géothermiques à l’échelle régionale.
2. Exploration « frontière » des ressources énergétiques nouvelles
Cet axe est dédié à l’exploration des ressources énergétiques nouvelles et en particulier de l’hydrogène. Il est organisé en trois actions distinctes :
Monitoring passif de l’hydrogène (Passive Hydrogen Monitoring (PHyM)) : cette démarche associe la surveillance sismique passive et des capteurs géochimiques innovants pour étudier la présence d'hydrogène (H2) sur le plateau de Bénou et dans la région de Rébénacq, en Vallée d'Ossau. Cette approche intégrée offre une compréhension globale, en combinant les données géophysiques et géochimiques pour évaluer la distribution de l'hydrogène dans la région, avec des implications potentielles dans la recherche scientifique et la surveillance environnementale.
Exploration de l'hydrogène le long du système de failles des contreforts du bassin de Comminges : cette phase de reconnaissance se réalise à travers une étude multi-méthode. L’approche combine la géochimie, la géophysique, la minéralogie et la microbiologie pour élaborer un guide d'exploration de l'hydrogène (H2) basé sur le bassin de Comminges. Cette méthodologie complète ouvre des perspectives qui intègrent diverses disciplines scientifiques, visant à fournir des données complètes et fiables pour orienter les efforts d'exploration de l'hydrogène dans la région du bassin de Comminges.
Rôle du Paléozoïque dans le système H2 des Pyrénées : Cette étude se fonde sur la compréhension de l'histoire géodynamique des formations paléozoïques dans le contexte pyrénéen. Elle vise à tester des hypothèses sur les chemins P-T-t (Pression, Température, temps) pour l'enfouissement et la maturation de la matière organique, ainsi que le potentiel de génération et de migration de l'hydrogène (H2) dans les formations sus-jacentes. La méthodologie intègre des simulations géodynamiques pour comprendre le rôle du Paléozoïque et les conditions propices à la génération et à la migration de l'hydrogène.
Modélisation 3D surfacique du Bassin aquitain, de l'avant-pays nord pyrénéen à l'embouchure de la Gironde (Gironde).
© BRGM - Olivier Serrano
3. Questions clés pour la surveillance et le stockage géologique sécurisé de l’hydrogène
Cet axe s’attache à mieux comprendre et piloter les processus et interactions entre l’hydrogène, potentiellement combiné au CO2, et l’environnement géologique dans lequel il peut être stocké. Trois sujets sont abordés :
Processus REDox dans les systèmes hydrothermaux salins : Cette action propose une méthodologie novatrice pour caractériser l'état redox et la dynamique des systèmes hydrothermaux chauds et salins. L'accent est mis sur son application dans des expériences en contexte de production d'hydrogène par des mécanismes de serpentinisation.
Stockage et migration de l'hydrogène dans les argiles : Cette tâche a pour objectifs de quantifier la capacité de stockage souterrain des réservoirs contenant des argiles et de contraindre l'identification de la nature de la ressource en hydrogène natif (type d'accumulation et/ou type de flux/production continu).
Conditions biogéochimiques propices au stockage souterrain de l'hydrogène, associé au CO2 : cette étude repose sur une méthodologie visant à comprendre comment les conditions biogéochimiques peuvent influencer les gaz stockés sous terre (H2, CO2 ou une combinaison des deux) : méthanation, gaz associé, etc. Cette approche intégrée permet d'explorer les interactions complexes entre les conditions biogéochimiques et le stockage souterrain des gaz, ouvrant la voie à des avancées significatives dans la compréhension et l'optimisation de ces processus.
Co-responsables du projet
Jean-Paul Callot, Professeur des Universités à l’UPPA, coordinateur du projet
Jean-Paul Callot est titulaire d’un doctorat en géodynamique, réalisé à l'École Normale Supérieure de Paris. Ingénieur de recherche et chef de projet à l'IFP de 2003 à 2011, il s'est spécialisé dans la modélisation et la dynamique des bassins, la modélisation analogique et l'analyse des dommages. Professeur à l'UPPA depuis 2011, il est responsable de la chaire de géologie structurale TOTAL-UPPA (2011-2021), et a développé une expertise en tectonique salifère et en diagenèse. En tant que membre de l'UPPA, il a été chef de l'équipe Géosciences, président du Conseil de la recherche, et membre du comité de pilotage E2S, et est le directeur du Laboratoire des fluides complexes et de leurs réservoirs (UMR 5150). Il a coordonné ou co-coordonné 37 projets de recherche collaborative, et a encadré ou co-encadré 19 doctorants et 18 post-docs amenant 108 publications.
Olivier Serrano, responsable de l'unité Bassins sédimentaires au sein de la Direction des Géoressources du BRGM, co-responsable du projet
Olivier Serrano est sédimentologiste. Après des études universitaires à l'Université de Pau puis à l'Université de Toulouse il rejoint en 1996 l'équipe de sédimentologie de Géosciences Rennes. Il a travaillé en collaboration avec Gaz de France sur les stockages de gaz du Bassin de Paris avant de débuter ses travaux de thèse sur le Crétacé supérieur/Paléogène du Bassin d'Aquitaine, toujours en partenariat avec GDF. Son doctorat a été soutenu le 11 avril 2001. C'est à L'université du Colorado à Boulder qu'il a ensuite complété ses compétences au sein du laboratoire EMARC (Energy and Minerals Applied Research Center). Ses travaux sur les bassins offshores du Golfe du Mexique ont renforcé son expertise en interprétation sismique et géodynamique des bassins sédimentaires. En juin 2002, il a rejoint le BRGM où il a travaillé sur les bassins français et étrangers (Afrique) sur les thématiques de recherche appliquées telles que l’eau, les risques, la géothermie, le stockage de gaz et CO2). Depuis 2010 il est responsable de l'Unité Géologie des Bassins Sédimentaires.
Partenaires
- Université de Pau et des Pays de l’Adour - UPPA (établissement coordinateur)
- Université Grenoble Alpes
- Université de Lorraine
- Université Paris Saclay
- Université de Bordeaux 1
- Université d’Orléans
- BRGM