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Utiliser la biologie moléculaire pour chercher du pétrole et du gaz

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Publié le lundi 26 juillet 2021

Dans le cadre du projet européen PROSPECTOMICS, cinq partenaires internationaux ont commencé à développer des méthodes d'exploration plus respectueuses de l'environnement.

Malgré les efforts en matière de transition énergétique, le pétrole et le gaz continueront à jouer un rôle important dans l'approvisionnement en énergie et en matières brutes de l'Europe pendant au moins 30 ans. Comme on cherche actuellement de moins en moins d'hydrocarbures en Europe, la dépendance à l'égard des pays producteurs s'accroît. L'une des principales raisons de ce déclin est l'impact environnemental de la prospection gazière et pétrolière. De nouvelles méthodes d’exploration sont donc nécessaires pour minimiser l'empreinte écologique de la recherche de nouveaux gisements.

Une approche très prometteuse est basée sur la biologie moléculaire. Elle est conçue pour détecter les changements dans les sédiments situés au-dessus des réservoirs. Les micro-organismes qui y vivent y sont en effet naturellement exposés aux infiltrations d'hydrocarbures. Des méthodes tirant partie de cela et applicables au niveau industriel sont développées dans le cadre de PROSPECTOMICS. Ce projet européen est financé pendant 42 mois à hauteur de 3,4 millions d'euros dans le cadre du programme européen Horizon 2020 Future Emerging Technologies (FET). Cinq groupes de recherche basés en Allemagne, au Luxembourg et en Autriche, ainsi qu'une société d'exploration norvégienne, coopèrent sous la direction du Centre allemand de recherche en géosciences de Potsdam (GFZ). 

Rechercher de gisements en respectant l'environnement

Se détourner des combustibles fossiles et convertir l'économie aux énergies renouvelables sont des éléments centraux de la stratégie de l'Union européenne. Mais même dans les meilleures conditions, le pétrole et le gaz continueront à contribuer à l'approvisionnement en énergie et en matières brutes pendant plusieurs décennies. C'est pourquoi, il est devenu clair ces dernières années que la réduction de la dépendance à l'égard de partenaires non européens revêt une grande importance stratégique.

Une plus large utilisation des réserves nationales est souvent rendue difficile par les réglementations environnementales en vigueur ou les conflits avec les autres utilisateurs des zones concernées. En effet, la recherche de nouveaux gisements de pétrole ou de gaz repose généralement sur des techniques, telles que le forage profond, ayant un fort impact environnemental. « En utilisant des méthodes de biologie moléculaire, le forage profond pourrait être au moins partiellement éliminé. Cela réduirait considérablement les effets négatifs sur l'environnement, » explique Jens Kallmeyer, responsable du projet et chef du groupe de travail sur la géochimie aquatique au GFZ. 

Une équipe internationale et des partenaires industriels

Afin de développer de nouvelles méthodes de prospection basées sur la biologie moléculaire et applicables dans l'industrie, plusieurs groupes de recherche de renommée internationale ont uni leurs forces au sein de PROSPECTOMICS, chacun étant spécialisé dans l'analyse de biomolécules spécifiques. Ils proviennent du Centre allemand de recherche en géosciences de Potsdam, de l'Université de Greifswald, de l'Université de Duisburg-Essen, du Luxembourg Centre for Systems Biomedicine de l'Université du Luxembourg, du Centre de microbiologie et de science des systèmes environnementaux de l'Université de Vienne et de Lundin Energy, un partenaire industriel norvégien.

Des changements dans les microorganismes indiquant des réservoirs cachés

L'approche adoptée par ce projet repose sur une observation : chaque réservoir de pétrole ou de gaz présente des fuites minimes auxquelles réagissent les communautés microbiennes vivant dans les couches sédimentaires sus-jacentes. Ces réactions peuvent être diverses – activation ou désactivation de certains gènes, production d'enzymes spécifiques pour dégrader les hydrocarbures, accumulation de certains produits métaboliques ou modification de la composition de la communauté – et sont souvent infimes. PROSPECTOMICS étudiera comment détecter ces changements à l'aide de méthodes « omiques » de pointe, telles que la métagénomique, la métatranscriptomique et la métaprotéomique. Chacune de ces méthodes se concentre sur un groupe particulier de biomolécules et chacun de ces groupes apporte des informations bien spécifiques.

Les progrès rapides effectués ces dernières années en matière de séquençage génétique d’échantillons environnementaux et la baisse des coûts ont bien sûr constitué des étapes indispensables à la mise en place de ce projet. D'autres méthodes de biologie moléculaire se sont également améliorées de manière significative et leur prix rendent maintenant possible l'analyse à grande échelle de nombreux échantillons. 

L'intelligence artificielle pour analyser les jeux de données

Les grandes quantités de données générées par ces méthodes de biologie moléculaire constituent un nouveau défi et leur analyse nécessitera l'utilisation de méthodes d'apprentissage automatique et d'intelligence artificielle. « Notre objectif est de mettre au point de nouvelles méthodes, permettant de détecter les réservoirs grâce à l’identification de quelques paramètres clés, qui soient si robustes et si faciles à utiliser qu'elles deviendront des techniques standards pour l'exploration pétrolière et gazière, » explique Jens Kallmeyer.

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Les rôles de chaque institution :

GFZ - GeoForschungsZentrum Potsdam
Au Centre allemand de recherche en géosciences de Potsdam, les sections de géochimie organique et de géomicrobiologie sont impliquées dans le projet. Elles sont responsables de la gestion du projet et, en collaboration avec Lundin Energy, de la logistique de l'expédition. En outre, le GFZ est responsable de l'échantillonnage sur le terrain, de la conservation des échantillons de sédiments et de leur distribution aux partenaires. Les tâches scientifiques du GFZ comprennent la caractérisation de la matière organique ainsi que la clarification de la biogéochimie des sites d'échantillonnage et de l'effet des fuites d'hydrocarbures sur l'activité microbienne. 

UDE - Université de Duisburg-Essen
À l'Université de Duisburg-Essen, le groupe d'écologie microbienne aquatique est impliqué dans le projet. Ses tâches consistent à étudier le matériel génétique (ADN) des micro-organismes et des virus dans les échantillons de sédiments et à identifier des marqueurs génétiques. À cette fin, des méthodes modernes de bioinformatique sont utilisées afin de mieux appréhender ces données ayant une structure complexe, de les mettre en contexte et de les rendre compréhensibles. Une grande partie des travaux de recherche dans le projet PROSPECTOMICS (par exemple la partie intelligence artificielle) est basée sur ces analyses, le groupe travaille donc en étroite collaboration avec tous les autres partenaires. 

LCSB – Luxembourg Centre for Systems Biomedicine
Le groupe de recherche « Systems Ecology » du Luxembourg Centre for Systems Biomedicine de l'Université du Luxembourg travaille sur l'analyse intégrée des données microbiologiques de type « omiques ». L'objectif est de générer des données de haute qualité avec une faible variabilité afin de permettre une analyse robuste. À cette fin, de nouvelles méthodes d'extraction des biomolécules dans les échantillons de sédiments du projet PROSPECTOMICS sont développées au LCSB. Les extraits sont ensuite remis aux partenaires pour des analyses complémentaires. En outre, le LCSB participe au séquençage de l'ADN et de l'ARN, afin de générer des données métagénomiques et métatranscriptomiques, et soutient les autres partenaires dans l'analyse des données.

Pour plus d'informations, veuillez consulter le site web du projet.