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Accueil > Secteurs d’activités > Energie > Captage et stokage du carbone > Capture et séquestration : une solution qui pose beaucoup de questions
Capture et séquestration : une solution qui pose beaucoup de questions
date 20 septembre 2005
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Spécial séquestration du CO2
Capture et séquestration : une solution qui pose beaucoup de questions.

A quelques semaines de la publication officielle
du premier rapport du Groupe d’experts intergouvernemental
sur l’évolution du climat (GIEC)
sur la capture et le stockage du gaz carbonique,
l’Institut français du pétrole (IFP), le Bureau de
recherches géologiques et minières (BRGM) et
l’Agence de l’environnement et de la maîtrise
de l’énergie (Ademe) organisent, aujourd’hui
et demain, le second grand colloque international
français sur ce sujet. Encore objet de
moult polémiques, la capture et la séquestration
apparaissent désormais comme l’une des solutions
pour atténuer l’impact climatique de nos
sociétés. À condition de résoudre les nombreux
problèmes qui se posent encore aux chercheurs
et aux industriels. État des lieux.

De quoi s’agit-il ?

La capture et la séquestration du carbone (CSC)
est l’expression désignant l’ensemble des opérations
permettant de séparer le CO2 des émissions
anthropiques de gaz, de le transporter et de l’injecter
dans le sous-sol, afin de ne pas accroître la
concentration de l’atmosphère en gaz à effet de
serre. Encore expérimentale, cette solution apparaît
de plus en plus comme incontournable. En effet,
la plupart des scenarii énergétiques annoncent
une forte augmentation de la demande en énergie.
Une énergie qui sera encore, du moins à l’horizon
de 2020-2030, majoritairement produite (au
moins 80%) par des hydrocarbures. Entre 2000 et
2050, révèle une récente étude du CLIP, les émissions
mondiales de CO2 devraient atteindre 877 gigatonnes
(GT), dont 483 GT "récupérables". Les
pays industrialisés ayant pour ambition de limiter
le réchauffement climatique, il est donc indispensable
d’empêcher des volumes toujours plus importants
de gaz carbonique de rejoindre l’atmosphère.
D’où l’idée de le capter pour l’injecter dans des
structures géologiques profondes et étanches.

Le potentiel de stockage de la planète

A priori, le sous-sol de la planète peut l
argement absorber nos émissions de carbone. Pour pouvoir
être stocké durant de très longues périodes, le carbone
doit être séquestré à l’état liquide, voire supercritique.
Ainsi, il occupe moins d’espace et surtout
peut se dissoudre dans les eaux interstitielles,
voire se transformer en carbonates. Pour atteindre
de tels états, le gaz carbonique doit donc être injecté
à grande profondeur (plus de 800 m), afin
que haute pression et température élevée fassent
passer le dioxyde de carbone de l’état gazeux à liquide.
Sur terre, trois types de formations géologiques
semblent appropriées : les aquifères salins,
les gisements d’hydrocarbures et les veines de charbon.
Selon les études, les chiffres ont la bougeotte.
Les capacités de stockage de ces dernières oscilleraient
entre 3 à 200Gt : celles des puits de pétrole
et de gaz entre 560 et 1 170 Gt ; enfin, les aquifères
pourraient contenir entre 1 000 et 10 000Gt. Malgré
de telles incertitudes, notreCO2 a largement de
quoi se loger pendant le prochain demi siècle. Du
moins en principe. Car, les industries émettrices de
dioxyde de carbone ne se trouvent pas forcément
à proximité des sites de séquestration.

Prenons le cas des structures les mieux connues
des géologues : les gisements d’hydrocarbures. Le
Moyen-Orient et la Russie détiennent 60%du potentiel
de stockage, mais émettent, en gros, 10 %
du carbone « capturable ».A contrario, les trois plus
gros émetteurs de CO2, les Etats-Unis, la Chine et
l’Inde ne pourraient injecter dans leurs puits que
14 % des émissions de leurs centrales électriques.
Il faudra donc transporter le CO2 (avec les coûts
supplémentaires que cela implique) ou trouver de
nouveaux exutoires.

Et pourquoi pas la mer ? Depuis toujours, l’océan
est considéré comme une poubelle sans fond. Et
de fait, les capacités d’absorption du carbone par le
GrandBleu sont considérables, voire illimitées. Selon
leGIEC, l’océan a déjà absorbé 500 Gt de CO2
anthropique depuis le début de la révolution industrielle.
Rien ne semble empêcher de dissoudre
du gaz carbonique dans la colonne d’eau ou de déverser
du CO2 sur les grands fonds (plus de 6 000
m) pour créer des lacs d’hydrates. Certes, mais nul
ne sait avec certitude quelles seraient les réactions
d’un océan saturé de carbone humain. Pourra-t-il
encore perpétuer le cycle naturel du carbone ? Son
pH sera-t-il modifié et quelles seraient les conséquences
d’un tel bouleversement ?

Bref, les tenants de la solution marine n’ont pas
encore percé ce monde du silence. Jamais en mal
d’imagination, les scientifiques songent aussi à
transformer le gaz carbonique en une roche carbonatée,
que l’on pourrait stocker à terre, voire
utiliser. Le principe consiste à accélérer le processus
naturel de formation des carbonates, à partir
d’un fluide aqueux et de roches riches en silicate,
calcium et magnésium. L’Institut de physique du
globe de Paris et le BRGM étudient la possibilité
de "carbonater" le CO2 en l’injectant dans des
basaltes. Outre-Atlantique, des chercheurs des
universités de Colombie britannique et du Québec
tentent de transformer les terrils des mines
d’amiante (riches en serpentine) en pièges à CO2.
D’autres expériences visent à réaliser un réacteur
dans lequel le gaz carbonique, chauffé, est mis en
présence de serpentine ou d’olivine broyées ; la
réaction permettant de créer des carbonates. Hélas,
pour séduisants qu’ils soient, ces procédés sont
encore loin d’être industrialisables. Si l’on devait
ainsi neutraliser les émissions d’une centrale au
charbon de 500 MW (environ 7 200 tonnes de gaz
carbonique quotidiennes), il faudrait utiliser de
11 000 à 26 000 tonnes de minerais par jour ! Et
pourquoi ne pas vendre aux industriels qui ont
en besoin le CO2 capturé ? Certes, les raffineurs,
fabricants de boissons gazeuses, d’urée ou d’extincteurs
sont de grands consommateurs de gaz carbonique. Hélas, la demande mondiale n
’excède pas 120 millions de tonnes par an. Soit autant que
ce que rejette un électricien, comme l’allemand
RWE.

Les techniques de capture du CO2

Pour être efficace et économique, une installation
de capture de gaz carbonique doit être mise en
service sur une importante source d’émission. Ces
gros émetteurs sont bien connus. Selon le GIEC,
il s’agit des 4 942 centrales électriques et de production
de chaleur en service dans le monde (10,5
GT CO2 par an), des 1 175 cimenteries, (0,9 GT
CO2 par an), des 638 raffineries (0,8 GT CO2 par
an), des 269 aciéries (0,6 GT CO2 par an), des 470
usines pétrochimiques (0,4), des nombreuses unités
de traitement du gaz et du brut (0,05 GT CO2
par an), des 303 usines de biocarburants ou utilisant
la biomasse (0,09 GT CO2 par an). Sans oublier
quelques dizaines de sources éparses (0,03
GTCO2 par an).Au total, ces 7 887 sites industriels
relâchent environ 13,4 GT de dioxyde de carbone
par an. Mais ces rejets ne sont pas tous égaux devant
le chromatographe. Seuls les effluents gazeux
de 2 % de ces installations ont une concentration
en CO2 d’au moins 95 %. La plupart de rejets de
ces usines crachent des fumées dont la teneur en dioxyde
de carbone avoisine plutôt les 15 %. L’économie
de la capture ne sera pas la même dans les
deux cas.

Pour les usines existantes, l’une des technologies
appelées, semble-t-il à un brillant avenir, est l’oxycombustion.
L’électricien suédo-allemand Vattenfall
devrait d’ailleurs la tester dans un pilote industriel.
Pour faire simple, il s’agit de substituer, dans
la chambre de combustion, l’air par de l’oxygène
pur (à 93 ou 95 %). Cette oxycombustion permet
d’augmenter la concentration en CO2 de l’effluent
(jusqu’à plus de 80 %) et donc de faciliter la séparation
postérieure. Problème : une centrale de 500
MWdevrait consacrer environ 15%de sa production
d’énergie à la production d’oxygène. Toujours
pour les installations existantes, il existe plusieurs
technologies de séparation des gaz de combustion.
La plus courante de ces techniques post combustion
est la capture par des solvants organiques, telle
la monoéthanolamine (MEA). D’autres systèmes
utilisent la chaux vive, la cryogénisation, des adsorbants
solides ou des membranes de filtration. Les
constructeurs des usines du futur pourront aussi
capturer le CO2 avant la combustion. Dans ce cas,
le combustible fossile est injecté dans un réacteur
et mis en présence d’eau et d’oxygène. Il se forme
alors un gaz de synthèse, mélange d’hydrogène et
de monoxyde de carbone. L’hydrogène peut ensuite
être utilisé pour produire de l’énergie (dans
une pile à combustible par exemple) sans émettre
de gaz carbonique.

Comment le transporter jusqu’au site
d’injection ?

Rares seront les centrales, raffineries et autres
usines sidérurgiques à avoir sous leurs fondations
un sous-sol propre à accueillir d’importants volumes
de gaz carbonique. D’où l’importance du
transport du CO2. Compte tenu des volumes à véhiculer
et des conditions du transport (sous haute
pression), deux modes paraissent aujourd’hui
possibles : le bateau et le gazoduc. Depuis 1989,
l’entreprise norvégienne HydroGas and Chemicals
(filiale de Nork Hydro) exploite quatre
bateaux de transport de CO2. Ces tankers livrent
à des industriels norvégiens du gaz carbonique
collecté dans des raffineries. Dans la même veine,
des chantiers navals travaillent à la conception de
plus gros navires sur le modèle des méthaniers.
À l’évidence, c’est tout de même le "carboduc"
qui recueille le plus de suffrages. Tout d’abord,
parce que le retour d’expérience est important.
Voilà plus de trente ans que les industriels américains
charrient plus de 40 Mt CO2 par an via 2500 km de canalisations terrestres.
Relativement
sûrs (contrairement aux bateaux le taux de fuite
est presque nul), ces tubes transportent le gaz à
l’état liquide ou supercritique. Ce qui nécessite
des recompressions (énergivores) régulières.

Une solution économique ?

C’est évidemment la question qui taraude aujourd’hui
tous les décideurs. Devant le nombre
de questions encore sans réponse et la rareté des
expériences de taille industrielle, les fourchettes
de prix ne sont qu’estimatives. Pour une centrale
électrique au charbon de 500 MW, le coût de la
capture varie de 15 à 75 dollars par tonne de dioxyde
de carbone (selon la technologie employée),
le transport coûte entre 1 et 8 dollars par tonne
de CO2 et le montant du devis de la séquestration
va de 0,5 à 100 dollars la tonne. Au total, la note
oscille entre 16,5 et 183 dollars par tonne de gaz
carbonique. Une étude de l’Ademe est moins
imprécise : entre 30 à 60 euros par tonne, soit 36
à 73,8 dollars. Ce qui reste encore deux fois trop
cher, au moins, pour les industriels, en général,
et les électriciens en particulier. L’Agence internationale
de l’énergie estime, en effet, que si les
électriciens des pays de l’OCDE devaient équiper
toutes leurs centrales thermiques d’un système de
"décarbonisation", cela pourrait leur coûter entre
350 et 440 milliards de dollars en 30 ans.

Le stockage comporte-t-il des risques ?

Officiellement, se débarrasser du CO2 dans le
sous-sol ne présente pas vraiment de risque. Toutefois,
même si les formations dans lesquelles se
dérouleraient les injections de gaz carbonique
sont stables, étanches et bien connues, un accident,
géologiques ou technologiques, ne peut
être exclu : séisme, rupture de canalisation, etc.
Fort heureusement, le dioxyde de carbone n’est
pas particulièrement dangereux. Toxique à une
concentration de 5% dans l’air et mortel à 20%, le
gaz carbonique n’intoxiquerait que les personnes
situées à proximité immédiate du point de fuite.
Tel n’est pas forcément le cas pour les projets
d’injections dans la mer ou sur le fond de l’océan.
Une dissolution de trop grands volumes de gaz
carbonique pourrait modifier le pH de l’eau. Ce
qui ne serait pas sans effet sur la faune et la flore
marine. Localement, la création de vastes lacs de
CO2 tuerait probablement toute faune vivant sur
les fonds. Enfin, trop carbonée, la mer pourrait ne
plus jouer son rôle essentiel dans le cycle naturel
du carbone.

Peut-on légalement stocker sous terre du
dioxyde de carbone ?

De l’avis de nombreux juristes, le transport du
CO2, notamment en gazoduc, ne semble pas nécessiter
d’adaptation réglementaire. Ce qui n’est
pas le cas de l’injection. Le droit international
(Convention de Londres, Convention Ospar) interdit
de se débarrasser de déchets dans la mer.
Mais le gaz carbonique est-il, juridiquement, un
déchet ? Nul ne le sait encore. Pour tenter d’y
voir plus clair, une commission dépendant du
secrétariat de la Convention de Londres travaille
à la question. Sur terre, les choses ne sont pas
plus simples, d’autant que les législations sont
spécifiques à chaque pays. « En France, souligne
Michèle Pappalardo, présidente directrice-générale
de l’Ademe, il y a encore beaucoup à faire. L’injection de CO2 dans le
sous-sol pourrait
concerner le code minier, la loi sur l’eau, la loi sur
les déchets, la loi sur les installations classées. »
Pour commencer.

Valéry Laramée de Tannenberg
JEUDI 15 SEPTEMBRE 2005 ENERPRESSE N° 8908