Comment optimiser la captation de CO2 par les océans ?

Et si les océans per­met­taient de limi­ter le réchauf­fe­ment cli­ma­tique ? Bien sûr, réduire les émis­sions de gaz à effet de serre (GES) est cru­cial. Mais équi­li­brer les quan­ti­tés de CO₂ émises et celles natu­rel­le­ment cap­tées – par les plantes, les océans, les sols – est une gageure au rythme actuel des acti­vi­tés humaines. Tant que l’équilibre ne sera pas atteint, la concen­tra­tion de CO₂ atmo­sphé­rique conti­nue­ra à aug­men­ter. Le cap­tage anthro­pique du CO₂ atmo­sphé­rique est consi­dé­ré comme néces­saire par le Groupe d’experts inter­gou­ver­ne­men­tal du cli­mat (GIEC) pour limi­ter le réchauf­fe­ment cli­ma­tique à 2 °C¹. Les solu­tions exis­tantes : la refo­res­ta­tion, la bio­éner­gie avec cap­tage et sto­ckage, l’épandage de bio­char ou encore les méthodes basées sur l’océan.

L’océan est un puits de car­bone natu­rel majeur. Dans son der­nier rap­port, le GIEC détaille : « Les océans contiennent 45 fois plus de car­bone que l’atmosphère, et l’absorption océa­nique a déjà consom­mé près de 30–40 % des émis­sions anthro­piques de car­bone. » Le CO₂ est cap­té en sur­face des océans par des pro­ces­sus phy­si­co-chi­miques natu­rels. Une fois dis­sous, le car­bone est trans­por­té par les cou­rants marins vers les océans pro­fonds. Mal­heu­reu­se­ment, le phé­no­mène ne suf­fit pas à com­pen­ser l’augmentation rapide de la concen­tra­tion atmo­sphé­rique en CO₂ liée aux acti­vi­tés humaines. « Avec l’absorption de car­bone anthro­pique, l’océan de sur­face se sature rapi­de­ment et les pro­ces­sus qui trans­portent le car­bone vers les pro­fon­deurs ne sont pas assez rapides pour com­pen­ser la forte hausse atmo­sphé­rique, explique Laurent Bopp. Résul­tat, il n’absorbe aujourd’hui que 25 % de nos émis­sions. » À cela s’ajoutent les retom­bées du chan­ge­ment cli­ma­tique. « Cer­tains effets réduisent l’efficacité océa­nique : hausse des tem­pé­ra­tures des eaux de sur­face, modi­fi­ca­tion des cou­rants océa­niques et baisse de la pro­duc­tion de phy­to­planc­ton. », pour­suit Laurent Bopp.

L’océan n’absorbe aujourd’hui que 25 % de nos émissions

Une idée émerge alors : « boos­ter » la pompe océa­nique. Depuis la fin des années 80, l’idée de fer­ti­li­ser le phy­to­planc­ton avec du fer s’est impo­sée. En aug­men­tant la pro­duc­ti­vi­té de ces végé­taux, le trans­port du car­bone vers les fonds est accen­tué et les océans peuvent cap­ter plus de CO₂ atmo­sphé­rique. « Depuis les années 2000, le poten­tiel de cette tech­nique a été explo­ré grâce à la modé­li­sa­tion, rap­porte Laurent Bopp. La fer­ti­li­sa­tion de l’ensemble des océans aurait une effi­ca­ci­té très faible face aux émis­sions anthro­piques. »

Autre solu­tion majeure : l’alcalinisation arti­fi­cielle des océans. « Nous explo­rons l’idée de ré-alca­li­ni­ser l’eau pour aug­men­ter le pH, ce qui per­met de cap­ter plus de CO₂ atmo­sphé­rique. », détaille T. Alan Hat­ton. Il est pos­sible d’ajouter des poudres miné­rales alca­lines dans l’océan ou d’utiliser des pro­cé­dés élec­tro­chi­miques. Ces tech­niques offrent l’avantage d’augmenter la capa­ci­té de cap­tage des océans mais aus­si de contre­ba­lan­cer leur aci­di­fi­ca­tion en cours, néfaste pour les éco­sys­tèmes. « Nous sommes à un stade pré­coce d’avancement avec prin­ci­pa­le­ment des recherches en labo­ra­toire, même si quelques démons­tra­tions existent à l’échelle pilote. », résume T. Alan Hat­ton. Début juin, le média MIT Tech­no­lo­gy Review² révèle que l’ancien direc­teur tech­nique de Meta­Plat­forms, Mike Schroep­fer, vient de créer une orga­ni­sa­tion (Car­bon to Sea) dédiée à l’alcalinisation arti­fi­cielle. « Nous avons moins de recul sur l’alcalinisation que sur la fer­ti­li­sa­tion, seules quelques expé­riences près des côtes – et non en pleine mer – ont été menées. », pré­cise Laurent Bopp. À l’Université de Cali­for­nie (UCLA), un ins­ti­tut dédié au cap­tage du CO₂ annonce fin 2022³ l’implantation de deux sys­tèmes pilotes à Los Angeles et Sin­ga­pour via sa star­tup Sea­Change. Le pro­cé­dé repose sur l’alcalinisation des eaux par élec­tro­lyse : le CO₂ dis­sous dans l’eau est ain­si trans­for­mé en car­bo­nate solide et/ou bicar­bo­nate aqueux⁴.

De son côté, une équipe de recherche du Mas­sa­chu­setts Ins­ti­tute of Tech­no­lo­gy (États-Unis) vient de mettre au point un nou­veau pro­cé­dé d’alcalinisation⁵ qu’elle estime effi­cace et peu cou­teux. L’électrolyse est éga­le­ment employée, mais le pro­cé­dé n’utilise ni mem­branes ni pro­duits chi­miques, des élé­ments qui aug­mentent le coût et la com­plexi­té des autres pro­cé­dés d’électrolyse. En pra­tique, le sys­tème est simi­laire à une pile : un cou­rant élec­trique cir­cule entre deux élec­trodes. Ces der­nières sont plon­gées dans l’eau de mer, y géné­rant des réac­tions chi­miques. Le CO₂ dis­sous dans l’eau est ain­si extrait sous forme gazeuse et confi­né. L’eau est enfin alca­li­ni­sée avant d’être reje­tée. « Les modules pour­raient être ins­tal­lés sur des pla­te­formes sta­tion­naires au niveau des parcs éoliens ou solaires en mer, ou sur des car­gos sillon­nant les mers, ou encore inté­gré à des pro­cé­dés de des­sa­le­ment à terre […]. », écrivent les auteurs.

Une fois opti­mi­sé, le sys­tème pour­rait per­mettre de cap­ter chaque tonne de CO₂ à un coût de 56 $. « Nous pen­sons qu’il est pos­sible d’industrialiser le pro­cé­dé, même si un cer­tain nombre d’améliorations sont néces­saires aupa­ra­vant. », explique T. Alan Hat­ton, co-auteur de l’étude. Notons qu’une fois le CO₂ gazeux confi­né grâce au sys­tème, il doit encore être « valo­ri­sé ». Il est pos­sible de le trans­for­mer en car­bu­rant de syn­thèse, ou encore de le sto­cker à long terme dans des réser­voirs géo­lo­giques, des pro­cé­dés qui ne sont pas mis en œuvre à large échelle à ce jour.

L’alcalinisation arti­fi­cielle est-elle la solu­tion pour cap­ter les émis­sions anthro­piques rési­duelles ? L’Agence inter­na­tio­nale de l’énergie estime qu’il sera néces­saire de cap­ter et sto­cker 7 giga­tonnes de CO₂ par an d’ici 2050 pour atteindre la neu­tra­li­té car­bone⁶. L’Académie des Sciences amé­ri­caine juge la quan­ti­té néces­saire à 10 Gt par an⁷. D’après le GIEC, l’océan est en théo­rie en mesure de sto­cker des mil­liers de giga­tonnes de CO₂ sans dépas­ser les niveaux pré­in­dus­triels de satu­ra­tion en car­bo­nate si les retom­bées sont dis­tri­buées uni­for­mé­ment à la sur­face des océans. Plu­sieurs études estiment le poten­tiel de sto­ckage des océans à quelques Gt de CO₂ par an, et une modé­li­sa­tion montre qu’il est pos­sible de dou­bler le poten­tiel de cap­tage de la Médi­ter­ra­née après 30 ans d’alcalinisation⁸. « Il est fon­da­men­tal d’estimer et de suivre la quan­ti­té de CO₂ atmo­sphé­rique addi­tion­nelle absor­bée grâce à ces tech­niques, com­mente Laurent Bopp. Or les études exis­tantes com­portent encore beau­coup d’incertitudes, et le poten­tiel est encore très mal connu. »

Il est pos­sible de dou­bler le poten­tiel de cap­tage de la Médi­ter­ra­née après 30 ans d’alcalinisation.

En rai­son de la concen­tra­tion plus impor­tante de CO₂ dans les océans que dans l’atmosphère, le pro­cé­dé pré­sente un inté­rêt majeur. « Contrai­re­ment à la fer­ti­li­sa­tion du phy­to­planc­ton, l’alcalinisation repose sur des pro­ces­sus phy­si­co-chi­miques, bien mieux connus que les pro­ces­sus bio­lo­giques. », ajoute Laurent Bopp. Autre atout : le pro­cé­dé ne pré­sente pas de limite théo­rique au sto­ckage. « C’est l’un des pro­ces­sus-clés qui régule le cli­mat à des échelles de temps longues. », men­tionne Laurent Bopp. Reste que les scien­ti­fiques ont encore peu de recul sur ces pro­cé­dés étu­diés depuis quelques décen­nies, et que l’océan lui-même est un sys­tème mal connu. La réin­jec­tion d’eau alca­line pour­rait contre­ba­lan­cer les retom­bées néfastes de l’acidification des océans, mais les effets sur les éco­sys­tèmes n’ont été que très peu étu­diés. « Il est impor­tant de veiller à dis­per­ser l’eau alca­li­ni­sée pour ne pas per­tur­ber la bio­di­ver­si­té, conclut T. Alan Hat­ton. Et nous devons être conscients de l’impact sur l’environnement local de la fil­tra­tion des eaux océa­niques : réten­tion des nutri­ments, habi­tats locaux, etc. »

Propos recueillis par Anaïs Marechal