Emprisonnement du carbone

La séquestration du dioxyde de carbone (on parle parfois piégeage ou emprisonnement du carbone) est le stockage à long terme du dioxyde de carbone, hors de l'atmosphère.

Sommaire 1 Les étapes et modes de captures et stockage 2 Séquestration artificielle 2.1 Séquestration dans le substrat géologique rocheux 2.2 Stockage dans les fonds océaniques 2.3 Stockage minéral 3 Impacts environnementaux 4 autre solution de séquestration 5 Alternatives 6 Voir aussi 6.1 Liens internes 6.2 Liens externes 6.3 Notes et références 6.4 Bibliographie

Les étapes et modes de captures et stockage

L'opération nécessite plusieurs étapes

• capture du dioxyde de carbone CO2 , elle peut se faire à plusieurs stades:

- stade postcombustion (dans les fumées en aval de la combustion).

- stade précombustion (décarbonatation du combustible en aval, c'est à dire avant la combustion. Le CO2 est alors enlevé du carburant et stocké en amont de la combustion qui ne concernera que de l'hydrogène en n'émettant que de la vapeur d'eau et des oxydes d'azote, de soufre, etc).

- capture par oxycombustion (l'oxycombustion consiste à remplacement l'air (le comburant de la chaudière ou du moteur) par de l'oxygène pur, pour n'émettre qu'un flux de dioxyde de carbone très concentré voire pur.

• Stockage : Il vise à éviter tout retour dans l’atmosphère ;
• transport : le cas échéant, le CO2 (sous forme gazeuse ou autre) doit être transporté (par gazoduc ou bateau) de manière sécurisée quand le site de stockage est éloigné du site de capture.
• confinement ou intégration dans un puits de carbone "durable" ou dans un lieu supposé confiné (ancien gisement profond de pétrole ou gaz, aquifère profond salin ou basaltique...)

L'opération se fait :

• de manière naturelle : dans un puits de carbone où le carbone est fixé par les végétaux (dans les océans le plus souvent).
• de manière artificielle :
  • par séquestration dans un matériau ou liquide. Le téréphtalate de chrome (ou « mil-101 ») est un candidat théorique testé en laboratoire ; le plus performant mi-2008 (il peut aussi stocker du méthane). Sous forme d'une poudre (verte) ; un mètre cube de ce produit peut absorber - à haute pression (50 bars) et à 25 °C - environ 400 m3 de dioxyde de carbone (25 % de plus que les matériaux antérieurement disponibles)^[1].
  • par la séquestration et stockage de dioxyde de carbone dans un aquifère salin ou basaltique, au fond des océans (avec risque d'acidification et de désorption) éventuellement après inertage.

La séquestration naturelle est un enjeu important pour la protection et la stabilité du climat. La séquestration artificielle est une des pistes explorées par divers chercheurs, entreprises ^[2], Agences et États pour atténuer les effets du réchauffement climatique et notamment dans le cadre du protocole de Kyōto.

Séquestration artificielle

Le dioxyde de carbone pourrait théoriquement être massivement enfoui, de manière sécurisée.

Trois lieux et modes de séquestration sont considérées :

1. le substrat géologique rocheux (pour une capacité estimée d'environ 2000 gitatonnes de CO₂ , selon le GIEC qui estime qu'avec des technologies à développer et valider, et une surveillance appropriée, plus de 99% du CO₂ injecté sur 1.000 ans pourrait ainsi être emprisonné pour plusieurs millions d'années), par injection via des puits sous forme gazeuse supercritique dans des roches perméables ou dans des « cavités » souterraines jugées suffisamment hermétiques. Hormis pour l'inertage, les technologies dérivent de l'industrie pétrolière (caractérisation de réservoirs potentiels, forages, gazoduc, compression) qui se positionne sur ce nouveau marché lui permettant de justifier la poursuite de l'exploitation du carbone fossile.
2. les grands fonds océaniques (stockage provisoire et incertain, et à haut risque pour la biodiversité des grands fonds)
3. l'inertage sous forme de carbonates minéraux reconstitués (solution copiant la nature, mais coûteuse en énergie)

Séquestration dans le substrat géologique rocheux

Si des solutions géotechniques étaient validées et efficaces, selon GIEC (en 2005), cette solution pourrait potentiellement répondre de 10% à 55% de l'effort total de réduction à envisager pour le siècle 2000-2100, mais leur fiabilité à long et très long terme reste discutée, notamment face au risque sismique.

Dans des gisements : Les gisements de gaz naturel et de pétrole sont les candidats les plus cités pour y séquestrer du CO₂. L'injection de CO₂ dans des gisements pétroliers étant d'ailleurs déjà pratiqué depuis des décennies (surtout au Texas), à des fins de récupération assistée : Puissant solvant, le CO₂ supercritique aide à récupérer une partie du pétrole résiduel de gisements difficiles ou en baisse de production. Néanmoins, la grande majorité des projets de récupération assistée à base de CO₂ (CO₂-EOR, pour enhanced oil recovery) entrepris jusqu'à présent utilisent du CO₂ issu de sources naturelles.

Dans des veines de charbon ? Le méthane de veines de charbon non exploitées pourrait être exploité et remplacé par du CO₂, la vente du méthane finançant le stockage du CO₂. Réinjecter du gaz dans les pores du charbon est théoriquement possible si les couches ne se sont pas tassées après extraction. Des pilotes expérimentaux testent cette solution, qui pourraient éventuellement être associée à la gazéification du charbon, si des méthodes probantes et sécurisées étaient développées.

Les aquifères salins sont géologiquement pour partie comparables aux gisements d'hydrocarbures, mais avec une capacité bien plus grande. Plusieurs mécanismes de piégeage semblent pouvoir y immobiliser le CO₂, avec moins de risque de fuite que dans les bassins houillers ou certains champs pétrolifères criblés de puits et parfois victimes d'affaissements.

Autres lieux ? Les solutions aujourd'hui envisagées visent toujours des bassins sédimentaires. Dans des régions volcaniques, le basalte présente parfois une alternance de couches poreuses et de couches étanches, qui pourraient aussi servir à stocker du CO₂.

Le stockage géologique entre des strates de schistes serait aussi envisagé.

Stockage dans les fonds océaniques

Les trois approches sont les plus cités sont  :

• ensemencement des horizons marins superficielles par du fer (facteur limitant) pour doper la croissance de plancton, dont la nécromasse piégerait le carbone. En 1990 l’océanographe John Martin dans la revue scientifique Nature montrait que le fer dopait la croissance du phytoplancton. L'idée a germé qu'on pourrait hors de zones déjà eutrophes ou dystrophes « fertiliser » artificiellement la mer pour accélérer sa fonction de «pompe biologique à carbone» (qui absorbe de 10 à 20 milliards de tonnes de carbone par an dans les sédiments marins). De 2002 à 2005, 12 fertilisations artificielles ont été testées, mais seules trois d'entre elles ont pu faire la preuve qu'il y a réellement eu séquestration de carbone, souligne le biogéochimiste Philip Boyd^[3], et on ignore ce qu'il est advenu à long terme du carbone.
• « dissolution » par injection de CO₂ dans le bas de la colonne d'eau de mer (à au moins 1000 m de profondeur), avec le risque de dispersion de ce carbone sous forme d'acide carbonique, et d'impacts mal maitrisables liés à l'acidification de l'eau, ce pourquoi certains ont proposé une injection profonde de CO₂, directement dans des fosses marines (à 3000 m et plus), où on espère que le CO₂ formerait durant un certain temps un lac plus lourd que l’eau de mer, ralentissant sa dissolution du CO₂ dans l'environnement.
• Conversion de CO₂ en bicarbonates, hydrates ou matière organique évoluant vers une nécromasse riche en carbone sédimentant.

Stockage minéral

Le stockage sous forme stable et inertée (par exemple de carbonates) est la solution évaluée la plus sûre et durable, mais pour le moment la plus coûteuse et non techniquement maîtrisée à grande échelle.

Impacts environnementaux

Ils semblent tous problématiques ou potentiellement négatifs, bien que difficiles à modéliser faute de connaissance suffisante sur l'écologie des grands fonds et sur le fonctionnement écosystèmique de l'océan mondial (en particulier les très nombreux virus marins qui "contrôlent" et limitent la croissance du plancton et les effets de la méthanisation). Le CO₂ forme avec l’eau de l'acide carbonique (H₂CO₃) qui tuerait les formes de vies des zones où il serait massivement injecté. S’il diffusait dans la colonne d’eau, il attaquerait aussi certaines formes de vie planctonique, les coraux et roches calcaires qui sont un puits de carbone. Les effets de l’augmentation du CO₂ sur la vie benthique, bathypélagique et abyssalopélagique ou hadopélagique, en particulier de l'acidification sont encore peu étudiés et très mal compris. En particulier le dopage de l'activité planctonique peut se traduire par des zones marines mortes, une méthanisation accrue dans les sédiments et/ou la constitution d'hydrates de méthane dont le comportement en cas de réchauffement est encore inconnu, mais qui s'ils étaient brutalement relargués accéléreraient le réchauffement climatique.

La vie semble clairsemée dans les grands fonds, mais elle est densément présente autour des sources chaudes, et de manière générale elle semble jouer un rôle majeur dans les processus de sédimentation et le cycle du carbone. Le temps moyen de circulation de l’eau des grands fonds vers la surface est estimée à 1 600 ans environ, mais avec de grandes variations possibles selon les lieux, les courants et l’activité volcanique sous-marine (l’effet d’un tsunami sous-marin sur un stockage en profondeur, ou d'un tremblement de terre sur les hydrates de méthane pourrait être important). Si du méthane gagnait brutalement et massivement la surface et l’atmosphère, il y accélérerait fortement le réchauffement, d’autant plus vite qu’il aurait au passage dégradé les puits biologiques océaniques de carbone (Cf Phénomène de zone morte)

Coûts : Ils sont évalués à 40 à 80 dollars US la tonne. (à la valeur de 2002 de l’US D) pour une séquesteration de CO₂ liquide, à partir de la centrale thermique, incluant le transport et la décharge dans les océans. En France, selon les évaluations de Gaz de France, la capture est la partie la plus coûteuse de l'opération ( 40 à 60 la tonne de CO2), le coût du transport étant de 2 à 20 €/t de CO2, le stockage ne comptant que pour 0,5 et 10 €/t CO2, pour un total compris entre 43 et 90 €/t de CO2. L'Industrie des hydrocarbures estime elle-même que seuls environ 10% des émissions mondiales pourraient faire l'objet d'un stockage à des coûts raisonables (à partir des grandes sources d'émissions, situées à une relative proximité de sites potentiels de stockage)^[4].

autre solution de séquestration

• Il a été proposé de jeter dans les fonds océaniques une grande quantité de biomasse végétale dans les zones où des courants plongent vers les grands fonds, par exemple face à l'estuaire du Mississipi, au golfe du Mexique ou au Nil, mais on trouve déjà des zones mortes sur ces sites et le risque de conséquences écologiques inattendues est très important.
• Le stockage minéral inerte, via la production de carbonates - si elle semble sûre - est aussi financièrement exhorbitante et coûteuse en énergie (selon le GIEC (2005), il faudrait avec les technologies actuelles augmenter de 60 à 180% de la consommation de carburant des centrales thermiques, augmentation ne pouvant qu'être partiellement compensée par des technologies plus efficientes.
• Des méthodes utilisant la catalyse ou inspirées des processus biochimiques naturels sont à l'étude.

Alternatives

Développer l'énergie solaire et éolienne, et mieux valoriser le biogaz sont des solutions évoquées par le rapport BATAILLE, BIRRAUX ^[4].

Voir aussi

Liens internes

• Effet de serre
• Puits de carbone
• Pétrole et gaz naturel en Arctique : Snohvit
• Snøhvit
• Pompe biologique

Liens externes

Notes et références

Bibliographie

Gestion des déchets
Digestion anaérobique · Compostage · Incinération · Décharge · Déchèterie · Égout · Centre d'enfouissement · Épuration des eaux · Méthanisation · Minimisation de déchet · Recyclage · Séquestration du dioxyde de carbone · Gestion des déchets radioactifs · Traitement bio-mécanique · Tri sélectif · Récupération informelle
Voir aussi : Types de déchets