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CO2 : un stockage souterrain possible, mais pas accepté

Laurent Catoire
Laurent Catoire
responsable de l'Unité chimie et procédés à l'ENSTA Paris (IP Paris)
En bref
  • Chaque année, près de 270 millions de tonnes de CO2 sont émises dans l’atmosphère, dont seules 0,1 % sont captées.
  • Le stockage souterrain du CO2 se fait par le biais de divers mécanismes de piégeage physiques et chimiques dans certains milieux géologiques.
  • Les opérations déjà en cours montrent qu'il n'y a pas d'obstacle technologique majeur au stockage géologique du CO2.
  • L’une des principales difficultés serait donc l’acceptabilité de ce procédé, parce qu’il demeure un risque (bien que minime) de fuite du CO2 stocké, préjudiciable pour les populations locales.
  • Les projets se focalisent donc pour l’instant sur le stockage du CO2 en pleine mer, dans des zones comme la mer de Norvège.

Le cap­tage et le stock­age géologique du dioxyde de car­bone est une tech­nolo­gie qui pour­ra ou pour­rait per­me­t­tre de con­tin­uer à utilis­er les com­bustibles fos­siles pen­dant une bonne par­tie du XXIème siè­cle. Cela con­cerne en pre­mier lieu le char­bon, cen­tral pour de nom­breux pays puisque l’on compte aujourd’hui plus de 2 500 cen­trales ther­miques dans le monde. Cette énergie sert à la pro­duc­tion d’élec­tric­ité et de chaleur (cogénéra­tion) à des fins domes­tiques et indus­trielles. Les cen­trales ther­miques au char­bon et au gaz naturel sont rel­a­tive­ment abon­dantes, bon marché, disponibles et répar­ties dans le monde entier – ce qui ren­force la sécu­rité et la sta­bil­ité des sys­tèmes énergétiques.

L’économie et la démo­gra­phie étant ce qu’elles sont, la tran­si­tion énergé­tique pren­dra du temps, plusieurs décen­nies au bas mot. En atten­dant l’économie hydrogène, basée sur l’hydrogène vert, il fau­dra cepen­dant bien vivre, tout en lut­tant con­tre l’effet de serre addi­tion­nel dû au CO2, et ce via son cap­tage et son stock­age. Les émis­sions de CO2 tour­nent autour de 270 mil­lions de tonnes chaque année, mais aujourd’hui, seules 0,1% des émis­sions indus­trielles sont cap­tées. On peut donc dire que tout reste à faire dans ce domaine !

Stocker le CO2 sous terre

En principe, le stock­age souter­rain du CO2 se fait par le biais de divers mécan­ismes de piégeage physiques et chim­iques. Seuls cer­tains milieux géologiques sont adap­tés, car les con­di­tions néces­saires restent strictes. Non seule­ment les milieux doivent être capa­bles de con­fin­er le CO2, mais il faut aus­si que les for­ma­tions géologiques empêchent sa migra­tion latérale et/ou ver­ti­cale. Toute fuite ris­querait de con­t­a­min­er les eaux souter­raines pota­bles à faible pro­fondeur, d’infiltrer les sols, mais surtout de rejoin­dre l’atmosphère.

Ces milieux géologiques sont prin­ci­pale­ment les réser­voirs de pét­role et de gaz, ain­si que les aquifères salins pro­fonds que l’on trou­ve dans les bassins sédi­men­taires. Le stock­age de gaz (dont le CO2) dans ces milieux a été démon­tré à l’échelle com­mer­ciale, et peut se faire pen­dant des opéra­tions d’extraction assistée du pét­role (récupéra­tion sec­ondaire), de stock­age du gaz naturel et d’élim­i­na­tion des gaz acides.

Cer­tains des risques asso­ciés au cap­tage et au stock­age géologique du CO2 sont sim­i­laires et com­pa­ra­bles à ceux de toute autre activ­ité indus­trielle pour laque­lle des pro­to­coles de sécu­rité et de régle­men­ta­tion sont en place. À l’heure actuelle, il existe assez peu d’opéra­tions dans le monde où le CO2 est injec­té et stocké dans le sol (États-Unis, Aus­tralie, Cana­da, Chine, Roy­aume-Uni). La plu­part du temps, sinon exclu­sive­ment, cela se fait dans le cadre d’une opéra­tion motivée par d’autres con­sid­éra­tions que le change­ment cli­ma­tique, comme la pro­duc­tion de pét­role ou les exi­gences régle­men­taires con­cer­nant l’utilisation du sul­fure d’hydrogène (H2S).

Une mise en marche compliquée

Les opéra­tions déjà en cours mon­trent qu’il n’y a pas d’ob­sta­cle tech­nologique majeur au stock­age géologique du CO2. Les défis et les ver­rous sont donc à chercher ailleurs, notam­ment dans le coût élevé de l’opération – en par­ti­c­uli­er pour les flux dilués, comme ceux provenant des cen­trales élec­triques et des procédés de com­bus­tion industrielle.

Les risques spé­ci­fiques asso­ciés au stock­age du CO2 con­cer­nent la phase opéra­tionnelle (l’injection, pour faire sim­ple) et la phase post-opéra­tionnelle. Les plus préoc­cu­pants sont ceux liés à la pos­si­bil­ité de fuites de CO2 à court ou à long terme. Néan­moins, l’ef­fet cli­ma­tique glob­al du retour du CO2 dans l’at­mo­sphère, ain­si que les risques locaux pour la san­té et l’en­vi­ron­nement doivent être cor­recte­ment éval­ués et gérés.

Un autre obsta­cle est donc cer­taine­ment plus « médi­a­tique ». On craint que l’opin­ion publique ne rejette cette tech­nolo­gie, et que ceci n’af­fecte la mise en œuvre à grande échelle du stock­age géologique du CO2. En effet, qui acceptera sur sa com­mune la présence d’un tel site de stock­age ? Les risques asso­ciés au trans­port et à l’in­jec­tion de dioxyde de car­bone sont raisonnable­ment bien com­pris, mais il existe cepen­dant une faible pos­si­bil­ité pour que le CO2 stocké sous terre ne s’échappe d’un réser­voir de stock­age, soit par une voie de migra­tion non iden­ti­fiée, soit à cause d’une défail­lance du puits.

La men­ace que cela pour­rait représen­ter peut être éval­uée par com­para­i­son avec les émis­sions de CO2 vol­caniques, qui sont elles tout à fait naturelles. Les émis­sions dif­fus­es de CO2 à tra­vers le sol ou via des sources car­bon­atées dans les zones vol­caniques ne sem­blent pas représen­ter une men­ace dès lors que le CO2 peut se dis­pers­er dans l’at­mo­sphère. En revanche, lorsque le CO2 peut s’ac­cu­muler dans des espaces clos, il con­stitue un dan­ger. Ain­si, les grands nuages de CO2 asso­ciés aux émis­sions soudaines des chem­inées ou des cratères vol­caniques con­stituent une men­ace mortelle. La cat­a­stro­phe du lac Nyos en 1986 au Camer­oun, qui a fait 1800 morts asphyx­iés par le CO2, est là pour nous le rappeler.

Des solutions plus acceptables

Même s’il sem­ble y avoir peu d’analo­gies entre un tel évène­ment et la fuite éventuelle d’un réser­voir de stock­age via une voie de migra­tion non iden­ti­fiée, le risque n’est pas nul. Il y a donc fort à pari­er que cette cat­a­stro­phe refera sur­face dans les médias et sus­cit­era l’hostilité des pop­u­la­tions sus­cep­ti­bles de vivre à prox­im­ité d’un site de stock­age. La loi de Mur­phy l’emportera sur toute autre considération.

Il ne reste en ce cas qu’une solu­tion viable, qui est celle du stock­age du CO2 en pleine mer ; et s’agissant de l’Europe, la mer de Norvège est sou­vent citée. Cela ne sig­ni­fie cepen­dant pas qu’il n’y aura pas d’incidence en cas de rejet de CO2 – puisque ce rejet se traduira par une acid­i­fi­ca­tion de l’eau aux alen­tours du site de stock­age, avec d’éventuelles nui­sances pour la faune et la flo­re. Tout cela est étudié dans le cadre de l’écotoxicologie. Mais dans tous les cas, ces rejets étant sous la mer, ils n’affecteront pas directe­ment la san­té humaine – même en cas de fuite impor­tante. C’est donc ras­sur­ant pour le pub­lic. L’acceptation sociale de cette alter­na­tive est donc la seule vari­able sus­cep­ti­ble d’accélérer le déploiement des tech­nolo­gies visant à réduire les émis­sions anthropiques de CO2 dans l’atmosphère.

Auteurs

Laurent Catoire

Laurent Catoire

responsable de l'Unité chimie et procédés à l'ENSTA Paris (IP Paris)

Laurent Catoire est professeur en cinétique chimique appliquée, en particulier à la combustion et en général à tous les systèmes réactifs. Après une thèse DGA, il travaille depuis 30 ans sur des systèmes réactifs assez peu étudiés, mal connus mais aux applications importantes ou potentiellement importantes (systèmes hypergoliques en propulsion spatiale, matériaux énergétiques civils et militaires (explosifs, propergols et générateurs de gaz), liquides ioniques énergétiques, nanothermites, combustion de l'aluminium, combustion des métaux, etc).