La fuite d'Aliso Canyon, qui a commencé le 23 octobre 2015 dans une installation de stockage de gaz naturel de SoCalGas et a pris près de quatre mois à brancher, a été l'une des plus grandes catastrophes environnementales de l'histoire des États-Unis, déclenchant l'évacuation de plus de 6, 800 ménages à proximité.

L'inondation soudaine de gaz naturel, un mélange composé principalement de méthane et d'éthane, offre aux scientifiques une occasion unique d'étudier la réaction de l'environnement. Le méthane est le deuxième gaz à effet de serre le plus répandu après le dioxyde de carbone (CO2) et, comme le CO2, augmente rapidement sa concentration dans l'atmosphère à l'échelle mondiale. En tant que tel, les scientifiques souhaitent en savoir plus sur les mécanismes que la nature a déjà mis en place pour faire face aux fluctuations des niveaux de méthane, ainsi que sur les limites de ces mécanismes.

"La fuite d'Aliso Canyon est une catastrophe mais c'est aussi l'occasion d'étudier cette expérience inhabituelle de perturbation de l'environnement, " dit Victoria Orpheline, James Irvine Professeur de sciences de l'environnement et de géobiologie à Caltech. Depuis décembre 2015, Orphan a collaboré avec la chercheuse associée de Caltech Patricia Tavormina pour étudier la croissance et la composition des communautés microbiennes dans le sol autour de la zone touchée.

Aliso Canyon a servi d'installation de stockage de gaz naturel pendant des décennies. En 1938, La Tidewater Associated Oil Company de J. Paul Getty a découvert un champ pétrolifère au nord du quartier Porter Ranch de Los Angeles, dans le nord-ouest de la vallée de San Fernando. La production de pétrole a culminé dans les années 1950 avec environ 118 puits actifs, puis s'est rétréci. Il reste encore 32 puits, mais à partir des années 1970, la majeure partie du champ pétrolifère a été convertie en une installation de stockage de gaz naturel.

Géologiquement, comme un gisement de pétrole épuisé, Aliso Canyon est une installation de stockage de gaz naturel idéale. Avec l'huile pompée, ce qui reste est une région de roche poreuse environ 9, 000 pieds sous la surface à travers laquelle le gaz peut circuler librement, surmonté d'une pierre de faîte imperméable. C'est l'une des plus grandes installations de ce type aux États-Unis, atteignant une profondeur moyenne de 9, 000 pieds et capable de stocker 86 milliards de pieds cubes de gaz naturel. SoCalGas achète du gaz naturel dans tout le pays et l'expédie sur le site, où il est injecté sous la pierre de couverture et dans la roche poreuse via 115 puits d'injection de gaz; si nécessaire, le gaz est pompé à travers ces conduits. Pendant l'événement de fuite, un de ces puits, situé à environ un mile au nord des maisons de Porter Ranch, rompu à une profondeur d'environ 300 pieds, au-dessus de la pierre angulaire.

SoCalGas a essayé plusieurs "top kills" pour colmater la fuite, c'est-à-dire injecter une boue de boue et de saumure dans le puits pour tenter de le boucher. Le top kill a échoué, car les hautes pressions à l'intérieur de la roche poreuse remplie de méthane ont fait sauter le bouchon à plusieurs reprises. La fuite a finalement été colmatée en février 2016, grâce à un puits nouvellement construit qui a permis à SoCalGas de relâcher la pression sur le puits endommagé et de colmater définitivement la fuite.

Précédemment, Orphelin et Tavormina, en collaboration avec le professeur Samantha Joye de l'Université de Géorgie, ont étudié les effets de la marée noire de Deepwater Horizon en 2010, qui a déversé près de 5 millions de barils de pétrole dans le golfe du Mexique, près du delta du Mississippi, sur les communautés microbiennes marines.

Maintenant, ils veulent savoir si et comment les microbes présents dans les sols d'Aliso Canyon sont capables de survivre et de s'adapter à la hausse soudaine des niveaux locaux de méthane. Faire cela, ils collectent d'abord des échantillons de sol à la fois autour de la tête de puits et dans la communauté voisine.

Le processus de prélèvement d'échantillons à Aliso Canyon commence par une faible technologie. Les chercheurs utilisent un tuyau d'un mètre de long en chlorure de polyvinyle (PVC) qui a été fendu dans le sens de la longueur, puis lié ensemble. Ils enfoncent ce cylindre creux dans le sol aussi loin que possible (généralement environ un demi-mètre), puis le tirent vers le haut, séparer les moitiés, et enlevez la terre à l'intérieur. Jusque là, ils ont prélevé 63 carottes de sol, dont environ 16 sont juste à côté de la tête de puits. Ils prévoient de collecter des échantillons au moins jusqu'en février 2017.

Les échantillons sont ramenés au laboratoire Caltech d'Orphan, où ils sont traités et analysés.

"La première chose que nous faisons est de rechercher des changements dans la population de micro-organismes du sol. Si je vois des changements dans l'ensemble de la population dans l'espace ou dans le temps, c'est une indication que la population réagit au gaz—la population est en train d'être façonnée, ou structuré, par le gaz, " dit Tavormina.

En plus de surveiller l'évolution démographique de la population microbienne, les chercheurs comptent physiquement les espèces bactériennes les plus prometteuses, celles qui semblent réagir le plus au gaz naturel. Ils énumèrent combien de certaines bactéries se trouvent dans ces échantillons et font pousser des bactéries spécifiques hors du sol, puis demandent ce qui se passe lorsque les organismes sont nourris avec différents composants de gaz naturel, comme le méthane.

Ce n'est pas aussi simple que de dire que chaque changement dans les microbes est provoqué par le méthane, toutefois. Selon sa provenance, le gaz naturel contient un pourcentage variable d'éthane, qui pourraient également être à l'origine de changements dans les communautés microbiennes.

Plus loin, le processus utilisé par les microbes pour décomposer le méthane comporte plusieurs étapes, dont chacun affecte l'environnement de tous les autres microbes dans la zone immédiate. Il existe plusieurs voies pour décomposer le méthane et le convertir en énergie que les microbes peuvent consommer. En général, la première étape le convertit en méthanol, la décomposition du méthanol donne du formaldéhyde, etc. Les microbes existent dans des communautés hétérogènes complexes qui travaillent souvent ensemble pour accomplir différentes étapes du processus.

"Imaginez deux micro-organismes qui se parlent :'Je peux utiliser votre formaldéhyde. Vous continuez à métaboliser le méthane, et je m'occuperai de cette étape. Alors ça devient comme une chaîne de montage, " dit Tavormina.

Des microbes qui consomment du méthane, connu sous le nom de méthanotrophes, faites-le en utilisant une enzyme appelée méthane monooxygénase particulaire (pMMO). La mesure des niveaux de pMMO donne aux chercheurs un indicateur leur permettant d'estimer le nombre de méthanotrophes dans un échantillon. En tant que tel, quand Orphan et Tavormina ont analysé les échantillons de sol d'Aliso Canyon, ils s'attendaient à trouver des niveaux élevés de pMMO près de l'éruption.

"La plupart des sols contiennent des bactéries méthanotrophes, mais nous n'obtenions qu'un faible signal moléculaire pour pMMO, " Orphan dit. " Vous penseriez que plus vous vous rapprochez de la panne de gaz, vous verriez plus de preuves d'enrichissement méthanotrophe, mais nous ne l'avons pas fait, ce qui était inattendu."

Au lieu, ils ont découvert un nombre croissant d'espèces bactériennes rares qui n'avaient jamais été cultivées en laboratoire auparavant. Ce microbe encore sans nom utilise une version différente de l'enzyme pMMO, qui est transportée par la bactérie dans un morceau d'ADN circulaire appelé plasmide. Les plasmides peuvent se reproduire indépendamment du reste du génome bactérien, ce qui les rend plus faciles à partager avec d'autres organismes, ce qui permet à ce microbe de partager les gènes pour traiter le méthane avec d'autres espèces de microbes.

"Nous voyons de nouvelles espèces et groupes de micro-organismes que nous ne pensions pas consommer d'hydrocarbures, et constatant qu'ils sont définitivement impliqués dans sa métabolisation, " dit Tavormina.

Sur toute la ligne, comprendre comment les microbes réagissent et traitent le méthane pourrait aider à atténuer les catastrophes futures. Tavormina dit qu'il n'est pas exagéré d'imaginer des équipes de nettoyage armées de tapis de sol remplis de microbes méthanotrophes répondant aux fuites.

Pour l'instant, Orphan et Tavormina continueront d'étudier la réponse de la nature à la fuite et de mettre en lumière la capacité apparemment infinie des microbes à survivre et à prospérer quelles que soient les circonstances auxquelles ils sont confrontés.

• 
•