BioREP est une plateforme expérimentale permettant d’étudier les milieux profonds et de caractériser les processus biogéochimiques naturels et/ou les procédés industriels y prenant place. Elle permet l’étude sécurisée des interactions entre eaux, gaz, roches et microorganismes dans une large gamme de pression et de température, aussi bien pour des recherches fondamentales qu’en réponse à un besoin opérationel très spécifique.
Dispositif TransREP de la plateforme BioREP du BRGM pour l’étude des milieux profonds. Dispositif TransREP de la plateforme BioREP du BRGM pour l’étude des milieux profonds.

Dispositif TransREP de la plateforme BioREP du BRGM pour l’étude des milieux profonds.

© BRGM

La plateforme BioREP (BioRéacteurs pour Environnement Profond) permet de reproduire des environnements géologiques profonds afin d’étudier ces milieux et/ou de caractériser l’effet de divers processus naturels et/ou industriels s’y déroulant.

Ses quatre dispositifs expérimentaux permettent de :

  • réaliser des essais statiques et/ou dynamiques (percolation à travers des roches, transfert de fluides…) à partir de diverses matrices (carottes, cuttings, roches broyées, sols, billes ou matériaux de synthèse) ;
  • travailler jusqu’à plus de 200 bars (et jusqu’à 500 bars dans certaines conditions) et 120°C (200°C dans certaines conditions) ;
  • étudier les interactions entre eaux, roches, gaz et microorganismes en toute sécurité

La plateforme est composée de plusieurs réacteurs, colonnes de transfert et autres outils (pompes, capteurs…) pouvant être modulés et combinés à l’infini afin de réaliser des essais à façon. Chaque réacteur est équipé de plusieurs capteurs permettant le suivi précis des milieux (pH, Eh, pression, température, consommation des gaz, débit…). Une attention particulière a été portée sur le choix des matériaux afin de s’assurer de l’inertie du système d’un point de vue chimique et microbiologique. Des procédures de prélèvements dédiées ont également été mises en place pour pouvoir travailler en milieu anoxique, et prélever des échantillons en toute sécurité tout en limitant le risque de pollution du milieu et de létalité des microorganismes dû à la décompression.

La plateforme BioREP est notamment utilisée lorsqu’il s’agit de :

  • Caractériser des matériaux (corrosion, chemin de fuite, stabilité structurelle),
  • Réaliser des bilans (bio)géochimiques (précipitation, dissolution, interactions biogéochimiques),
  • Etudier les paramètres d’exploitation d’un réservoir (injectivité, porosité, colmatage, indicateur de fuite…).

Domaines d’application

Stockage géologique et valorisation du CO2

  • Stockage sous diffétentes formes, minéralisée, supercritique ou dissoute, dans les roches ou les aquifères ,
  • Etude de la précipitation de carbonates en présence de microorganismes lors de l’injection de CO2 dissout dans des roches basaltiques ,
  • Caractérisation du réservoir et du procédé d’injection  (Projet PilotStrategy) ;
  • Etude de l’effet de l’injection du CO2 sur les roches (réservoir, roches d’étanchéité/caprock, béton…) et les microorganismes naturellement présents dans le sous-sol (Projet CGSµLab),
  • Simulation de fuites de CO2 provenant de réservoirs de stockage géologique de CO2.

BioREP fait partie du réseau de plateformes de l’infrastructure européenne de recherche ECCSEL, dédiée au captage, transport, utilisation et stockage géologique du CO2 et des vecteurs énergétiques comme l’hydrogène.

Stockage géologique de l’énergie

  • Production et stockage de l’hydrogène, de chaleur  ;
  • Caractérisation des réservoirs de stockage ;
  • Effet des cycles géothermiques sur les aquifères d’un point de vu géochimique et microbiologique ;
  • Projet D2-Grid : Effet du stockage de chaleur et de froid dans un aquifère.
  • Production de biogaz par un processus de biométhanation : conversion de CO2 et d’H2 en CH4 en milieu sous-terrain et en présence de microorganismes pour le stockage d’énergie à grande échelle (Power-to-Gas).

Production de ressources minérales

  • Exploitation de saumures pour l’extraction de métaux (lithium…) ;
  • Extraction de métaux via des procédés de (bio)lixiviation in situ ;
    • Projet BioMOre : extraction du cuivre en milieu  très profond par un procédé de biolixviation in situ.
  • Caractérisation de la viabilité de procédés : rendement, risque de colmatage, bilan géochimique, évolution de porosité…

Biodiversité des milieux souterrains

  • Caractérisation de la biodiversité du sous-sol et des eaux souterraines ;
  • Etude de l’effet de certaines conditions (température, ajout de CO2…) sur l’évolution des communautés microbiennes ;
  • Etude de bioprocédés : stockage de CO2, "biomining"…
Dispositif CycloREP de la plateforme BioREP du BRGM pour l’étude des milieux profonds. Dispositif CycloREP de la plateforme BioREP du BRGM pour l’étude des milieux profonds.

Dispositif CycloREP de la plateforme BioREP du BRGM pour l’étude des milieux profonds.

© BRGM

Moyens disponibles

La plateforme BioREP est au cœur des laboratoires et bénéficie ainsi de toutes les infractructures pour caractériser et analyser les échantillons d’eaux, de roches, de gaz et des microorganismes.

Quatre dispositifs complémentaires

  • TransREP : trois réacteurs pouvant être utilisés de manière indépendante ou simultanée (en série) pour simuler des réservoirs ou des transferts de fluide.
  • MicroREP : dispositif "lab on chip" (laboratoire sur puce) permettant d’étudier des systèmes à l’échelle micrométrique. Il est adapté aux observations in situ, pour démultiplier les essais (tests de différentes conditions ou réalisation de réplicas) ou pour étudier des processus fondamentaux.
  • CycloREP : le cœur de ce dispositif est une cellule d’Hassler permettant de réaliser des essais de percolation avec possibilité de faire recirculer le fluide de percolation. CycloREP a été conçu pour caractériser les processus de lixiviation et l’injectivité de la solution à travers la roche.
  • MultiREP : combine les caractéristiques des précédents dispositifs en permettant de réaliser à la fois des essais "batch" ou de percolation dans 3 cellules différentes et de manière simultanée. Une ligne d’analyse microfluidique complète le dispositif afin de caractériser le fluide par UV/Visible sans perturber le milieu.

Outils numériques

  • Logiciel de spéciation chimiques : Phreeqc, Phreescale, Toughreact…
  • BDD Thermoddem : thermodynamique / cinétique des processus naturels et des procédés industriels