Les pièges à CO2

Comment piéger le CO2 ?
Le piégeage du CO2 consiste à produire un flux concentré de CO2 (en capturant les fumées) à haute pression qui puisse être acheminé aisément vers un lieu de stockage. Cependant le coût énergétique de transport et de stockage d'un courant gazeux renfermant du CO2 est élevé. Il est donc nécessaire que le flux transporté et stocké soit quasiment pur (ou le plus pur possible).
Les procédés de piégeage sont au nombre de trois :
– procédé de postcombustion : capture du CO2 dilué dans les fumées de combustion (3 à 15 % de CO2 capturé en volume) ; le piégeage s'effectue à l'aide d'un solvant liquide, en général des amines.
– procédé de précombustion : l'objectif est de capturer le carbone avant combustion lors du processus de fabrication du combustible (15 à 60 % de CO2 capturé en volume sec)
– procédé d'oxycombustion : le but est de générer une fumée concentrée à 90 % de CO2 en réalisant une combustion à l'oxygène pur (> 80 % de CO2 capturé en volume).
Comment stocker le CO2 ?
L'importance attribuée à la pollution au CO2 provient de l'accroissement rapide de la concentration de ce gaz dans l'atmosphère par suite d'une augmentation de la consommation d'énergie fossile dans le monde et d'une diminution importante des couverts forestiers. Par ailleurs les océans jouent un rôle essentiel dans le maintien de l'équilibre général en carbone. L'augmentation de CO2 dans l'atmosphère, dans les proportions que nous connaissons, ne poserait probablement pas de problème à l'homme avant très longtemps s'il n'y avait pas le phénomène d'accroissement de l'effet de serre. En effet, le CO2 est responsable à lui seul de 55 % de l'effet de serre. C'est pourquoi l'on s'intéresse en priorité aux moyens d'en réduire les émissions.
Tout d’abord nous verrons le stockage géologique du CO2, puis nous évoquerons le stockage biologique de celui-ci et enfin nous parlerons des risques que comportent ces deux sortes de stockage.
1. STOCKAGE GEOLOGIQUE :
Jusqu'à présent, trois sortes de formations géologiques ont été l'objet d'investigations poussées afin de pouvoir y emprisonner du CO2. Il s'agit des gisements de pétrole et de gaz naturel, des formations salines profondes et des veines de charbon inexploitables.

Le principe de stockage consiste à injecter dans ces diverses formations géologiques, c’est-à-dire au cœur de la roche souterraine, du CO2 de haute densité.

a. Réservoirs de pétrole et de gaz naturel
Ce sont des réservoirs poreux dont l'étanchéité, vis-à-vis de la surface terrestre, est assurée par une importante couche de roche qui les surmonte. D'ici quelques décennies, la plupart de ces réservoirs seront épuisés, donc disponibles pour le stockage du CO2. Nombre de réservoirs le sont déjà. Les avantages du stockage dans ceux-ci sont le faible coût d'exploration, la présence de réservoirs parfaitement étanches dûment équipés et opérationnels et la possibilité d'utiliser les équipements de production d'hydrocarbures pour transporter et injecter le CO2.
b. Réservoirs salins profonds – Saumures
Il existe un grand nombre de strates d'eau, appelées aussi aquifères, à même d'être utilisées pour stocker le CO2. L'eau de ces strates est salée et impropre à la consommation. Du CO2 pourrait y être injecté et partiellement dissout. Les réactions chimiques avec les minéraux pour former des carbonates y seraient extrêmement lentes, rendant ce stockage fiable à long terme.
Exemple : Depuis 1996, un million de tonnes de CO2 est injecté sous la Mer du Nord (dans le secteur norvégien) dans un réservoir salin à une profondeur de 1000 mètres, parallèlement à l'exploitation au même endroit d'un gisement de gaz (Sleipner Vest).


Au-dessus du gisement de gaz du Sleipne Vest (Mer du Nord), lieu de stockage de CO2
c. Bassins houillers inexploitables
Ces réservoirs s'avèrent très prometteurs puisque le CO2 injecté pourrait être absorbé par le charbon puis stocké là indéfiniment.
2. STOCKAGE BIOLOGIQUE :

a. Stockage par les forêts
Chaque arbre est une petite usine chimique capable d'absorber le dioxyde de carbone de l'atmosphère pour le transformer en matière végétale et en oxygène par la photosynthèse. Le CO2 serait donc piégé sous forme de carbone solide.
En effet le gaz carbonique est indispensable au phénomène de la photosynthèse, grâce auquel les plantes vertes utilisent l’énergie lumineuse pour transformer ce gaz en eau et en sucre. En apportant du CO2 en supplément, on augmente la production de sucres nutritifs et constitutifs de la plante : le CO2 atmosphérique se retrouve « stocké » et la plante se développe plus vite et mieux.
Cependant pour absorber les émissions mondiales de CO2 des vingt prochaines années, il faudrait planter des arbres sur une surface équivalente à celle du Sahara. Cette solution étant certes difficile à mettre en œuvre, elle ne suffirait à résoudre le problème.
b. Stockage océanique :
Le but est d'injecter le CO2 dans les océans (CO2 capturé dans des sites industriels, usines...) à une profondeur de 1 000 mètres. La majeure partie du CO2 serait ainsi isolée de l'atmosphère pendant des siècles, le « réservoir » océanique étant bien supérieur au « réservoir » terrestre.
Le CO2 pourrait être acheminé à l'aide d'un gazoduc immergé ou bien d'un navire jusqu'à l'endroit choisi, puis injecté dans la colonne d'eau ou déposé au fond de l'océan. Le gaz dissous et dispersé s'intégrerait ensuite dans le cycle global du carbone. Jusque-là, aucun test n'a été réalisé pour démontrer la faisabilité de ce piégeage, malgré quelques expériences de taille modeste.

Cycle global du carbone
Les océans occupent 70 % de la surface du globe terrestre et leur profondeur moyenne est de 3 800 m, en moyenne. Le CO2 étant soluble dans l'eau, des échanges entre l'atmosphère et la surface des mers et des océans se produisent naturellement, jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint. Si les concentrations dans l'atmosphère augmentent, les océans absorbent plus de gaz. Depuis 200 ans, les océans ont emmagasiné 500 Gt de CO2 des 1 300 Gt de CO2 rejetées dans l'atmosphère par les activités humaines. L'excédent de CO2 dû à ces activités n'est assimilé que très lentement par les océans. Le CO2 stocké naturellement est localisé dans les couches supérieures des eaux océaniques. Sa présence abaisse le pH à la surface des eaux. Selon les prévisions, les océans devraient absorber la majorité du CO2 rejeté dans l'atmosphère. Il n'existe aucune limite théorique à la quantité de CO2 stockable. Pour stabiliser les concentrations atmosphériques de CO2, les océans devraient renfermer entre 2 000 à 12 000 Gt. On peut considérer cette valeur comme une limite à la capacité de stockage. Parallèlement à cette limite, des problèmes environnementaux liés à l'augmentation du pH interviendraient. La proportion retenue tend à augmenter lorsque l'injection se fait à une plus grande profondeur. Pour accroître la rétention de CO2, une solution consisterait à former des hydrates solides ou des lacs liquides de CO2 au fond des océans, ceci en dissolvant des minéraux alcalins (comme le calcaire) ; avec cette solution, l'acidité serait neutralisée et le pH maîtrisé. Bien que cette technique soit intéressante (la durée de stockage serait de 10 000 ans, avec une modification minime du pH et de la pression partielle du CO2) elle nécessiterait une grande quantité de calcaire et la manutention consommerait beaucoup d'énergie

3. LES RISQUES DU STOCKAGE :
a. Le stockage géologique :
Le CO2 est un asphyxiant. Bien qu'il soit plus lourd que l'air, son stockage dans des couches géologiques impose des règles de sécurité. En effet, du CO2 piégé sous terre peut s'échapper par suite d'une fissure dans la roche, une porosité modifiée, des déplacements légers des strates géologiques ou bien d'un séisme. Tous ces risques doivent donc être pris en compte pour la sécurité environnementale et humaine. Il est également important de s'assurer que le gaz stocké pour une longue durée dans la roche ne puisse s'échapper qu'à des taux très faible sans avoir d'impact sur le climat.
Exemple : des bassins d'exploitation de gaz naturel et de pétrole seraient utilisés pour stocker le CO2 ; il faut être sûr du comportement de ces bassins une fois le gisement en exploitation épuisé.



Voies possibles de fuite de CO2 dans une formation saline et mode d’intervention.
b. Le stockage biologique :
Dissoudre du CO2 dans l'océan fait baisser le pH de l'eau en raison de la formation de bicarbonate et d'ions carbonés. Or nous savons que la baisse du pH a un effet néfaste sur les animaux marins. Qu'en sera-t-il de cet impact si la séquestration du CO2 dans les océans devient effective ? Les effets du CO2 sur les organismes marins ont surtout été étudiés sur des espèces qui vivent près de la surface des océans. Une baisse du taux de calcification, de la reproduction, de l'apport d'oxygène dans l'appareil circulatoire et de la mobilité ainsi qu'une augmentation de la mortalité dans le temps ont été relevés. Chez certains organismes, ces conséquences ont été observées pour de faibles ajouts de CO2. Ainsi, l'injection de quelques gigatonnes de CO2 modifierait de manière sensible la chimie des eaux dans la zone concernée, tandis que l'insertion de centaines de gigatonnes produirait des changements plus marqués dans la zone environnante, suivis de modifications mesurables dans le volume de l'océan.