In the context of the energy transition and in light of the international agreement on the transition to a climate-neutral economy by 2050, intensive research is being to promote the adoption of renewable energies . The intermittent and unpredictable nature of their operation presents a challenge in terms of storing the energy produced in excess. The challenge is to ensure massive storage capacity to store huge quantities of electricity from sources such as photovoltaic cells and windmills. As electricity is mutually converted into hydrogen and vice versa, its storage in geological formations in the form of gas offers an optimal solution. Renewable electricity can be converted into hydrogen (H2) by electrolysis. The process is reversible using fuel cells. Converting hydrogen back into electricity is not the only option. The hydrogen produced can be converted into methane (CH4) by bacteria living in the subsurface through a process known as biomethanation. However, regulating the mixing in such system is challenging. The main problem is the self-organization phenomenon that occurs in this reaction diffusion system and leads to the formation of patterns, i.e. areas with a high concentration of hydrogen and others areas with a low concentration. As a result, the biomethanation process becomes spatially non-uniform and in complete, which implies that methanation does not uniformly cover the entire volume of the storage. Our analysis of bio-reactive transport in an underground hydrogen storage scenario revealed the appearance of several scenarios of patterns: (i) a distribution of gas that is uniform in space and and constant in time, (ii) a pattern uniform in space and oscillatory in time, (iii) a Turing pattern, (iv) a spatio-temporal pattern that oscillates in space and in time simultaneously.
A l'ère de la transition énergétique et en lien avec l'accord international sur la transition vers une économie climatiquement neutre à l'horizon 2050, des recherches intensives sont menées pour promouvoir l'adoption des énergies renouvelables. Du fait du caractère intermittent et imprévisible de leur fonctionnement, le stockage de l'énergie produite en excès est un défi. Le challenge est d'assurer des capacités de stockage massive pour stocker d'immenses quantités d'électricité provenant de sources telles que les cellules photovoltaïques et les éoliennes. L'électricité étant mutuellement convertie en hydrogène et inversement, son stockage dans les couches géologiques sous forme de gaz offre une solution optimale à ce problème. La conversion de l'électricité renouvelable en hydrogène (H2) peut se faire par électrolyse. Le processus est réversible à l'aide de piles à combustible, où l'hydrogène est converti en courant électrique. On obtient une chaîne : power - to gas - to power. En conséquence, il n'y a pratiquement pas de gaz à effet de serre, ce qui peut conduire à la décarbonation du secteur des transports et des industries énergivores. La reconversion de l'hydrogène en électricité n'est pas une seule possibilité. L'hydrogène produit peut également être converti par les bacteires en méthane (CH4) en le faisant réagir avec le dioxyde de carbone (CO2), le processus est connu sous le nom de biométhanation. Cependant, le mélange dans un tel système n'est pas si simple à contrôler. Le principal problème qui nous empêche de réguler le mélange est le phénomène d'auto-organisation qui se manifeste dans ce système de réaction-diffusion, conduisant à la formation de motifs (patterns), c'est -à-dire des zones à forte concentration d'hydrogène et d'autres zones à faible concentration. Par conséquent, le mélange devient non uniforme dans l'espace et non complet. Ces motifs réduisent la pureté du gaz stocké. L'analyse que nous avons effectuée pour les processus de transport bio-réactif dans un stockage souterrain de l'hydrogène démontre l'apparition de plusieurs types de patterns dans un tel système : (1) une distribution de gaz uniforme et stationnaire, (2) un pattern uniforme, mais oscillant périodiquement et sans cesse dans le temps, (3) un pattern oscillant dans l'espace et dans le temps simultanément. L'existence de telles structures signifie une hétérogénéité spatiale de l'hydrogène et du méthane, ce qui signifie que la méthanation ne couvre pas régulièrement le volume entier du stockage.