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

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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.

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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