Stockage du CO2 au fond des océans
Le principe de stockage consiste à injecter dans diverses formations géologiques du CO2 de haute densité. Ces formations sont :
Aperçu des options de stockage géologique (©CO2CRC)
Le principe de stockage consiste à injecter dans ces diverses formations géologiques (au cœur de la roche souterraine) du CO2 de haute densité.
Les formations géologiques poreuses qui renferment ou qui ont renfermé des fluides tels le gaz naturel, du pétrole ou des saumures, peuvent également servir de lieu de stockage. Ces formations se trouvent dans des bassins sédimentaires situés sur la terre ferme ou en mer. Si ces couches ont une faible perméabilité, ces zones pourront être exploitées.
Ceux-ci 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. Les avantages du stockage dans ceux-ci sont les suivants :
Il existe un grand nombre de strates d'eau (aquifère) à même d'être utilisées pour stocker le CO2. L'eau de ces strates, salée, est impropre à la consommation. Du CO2 pourrait y être injecté et partiellement dissous. Les réactions chimiques avec les minéraux pour former des carbonates y seraient extrêmement lentes, rendant ce stockage fiable à long terme.
Ces réservoirs s'avèrent très prometteurs. Le CO2 injecté pourrait être absorbé par le charbon puis stocké là indéfiniment. Autre avantage, le charbon absorbe en volume deux fois plus de CO2 que de méthane. On pourrait donc profiter de la capture et du stockage du CO2 pour utiliser le CH4 libéré.
On cherche à favoriser les puits naturels de CO2 en augmentant le rendement de la pompe biologique par laquelle des micro-organismes (phytoplancton) présents dans les eaux de surface fixent le CO2 dissous dans l’eau par photosynthèse pour construire leur squelette. Lorsque ces micro-organismes meurent, leur matière sédimente en profondeur. Cette pompe permet donc le transfert du CO2 dans l’océan profond via le cycle du carbone. C’est surtout aux latitudes élevées que cette pompe est efficace, car le plancton végétal qui vit dans ces eaux très froides est suffisamment gros pour couler dans les eaux profondes quand il meurt.
Il existe paradoxalement des zones pauvres en micro-algues. Des scientifiques se sont demandé ce qu’il manquait à ces micro-algues pour proliférer dans ces zones. Dans les années 90, ils formulent l’hypothèse que leur prolifération est limitée par une carence en fer. Le fer dissous est particulièrement rare dans les eaux superficielles du large (par exemple les secteurs ne recueillant pas les poussières chargées de fer des déserts). Pour stimuler la production de phytoplancton, certains scientifiques ont donc proposé d’enrichir en fer certaines parties de l’océan, en introduisant le fer sous forme de microparticules ou de sulfate de fer.
De récentes expérimentations in situ, menées dans le cadre de programmes océanographiques internationaux dans l’océan Pacifique équatorial et l'océan Austral ont montré qu'un apport en fer conduisait à une augmentation notable du flux local de CO2 de l'atmosphère vers l'océan. Néanmoins, l'expérience de six semaines menée dans l'océan Austral n'indique aucune exportation significative de carbone organique vers les profondeurs pendant la durée des observations, condition indispensable pour une séquestration prolongée du CO2. Si l'apport de fer est stoppé, le CO2 retourne à l'atmosphère assez rapidement. Autrement dit, une fois initiée, la stratégie de fertilisation nécessite un apport continu de fer pendant des centaines d'années si l'on veut maintenir le CO2 stocké dans l'océan. Les quantités de fer nécessaires se révèlent ainsi 40 fois plus élevées que celles prévues initialement.
Certains problèmes ont été identifiés : diminution de l'oxygénation des eaux profondes, augmentation de la production de N2O (gaz à effet de serre puissant), modification de l'équilibre entre les différents types d'organismes.
De plus, il s'agit d'une méthode lourde, difficile à mettre en œuvre, nécessitant la mobilisation sur des périodes longues de moyens logistiques importants. En matière de recherche scientifique, il reste encore beaucoup de travail à faire, notamment une modélisation globale du phénomène à l'échelle de l'océan mondial.
La fertilisation artificielle s’avérant moins efficace que la fertilisation naturelle, difficilement imitable (processus lent, forme chimique du fer ajouté), ce procédé ne peut pas être envisagé à grande échelle, mais selon certains scientifiques des mises en œuvre localisées sur quelques dizaines de km2 sont acceptables.
Une alternative est le recours à la technique de carbonatation minérale. Celle-ci consiste à fixer le CO2 au moyen d'oxydes alcalins et alcalino-terreux présents à l'état naturel dans les roches silicatées (ex. : serpentine, olivine). On parle alors de stockage minéral car cela revient à convertir le CO2 en matière solide de façon quasi permanente par des réactions chimiques avec des minéraux tels que l’oxyde de calcium (CaO) pour produire le calcaire (CaCO3), ou l’oxyde de magnésium (MgO) pour produire la dolomite (MgCO3).
On pourrait ainsi injecter le CO2 dans le basalte des fonds marins, pour produire de la calcite, de la magnésite et de la sidérite. Cela reviendrait en quelque sorte à créer des « mini récifs artificiels ». Certains laboratoires expérimentent actuellement le stockage géologique du CO2 dans les formations basaltiques, dans le but de déterminer si ce stockage est durable. Les expériences ont montré que le CO2 injecté dans des roches volcaniques peut interagir avec les minéraux du basalte pour former de la calcite en seulement 5 à 6 semaines.
Si le processus est viable dans la nature, les basaltes du nord-ouest Pacifique pourraient, par exemple, séquestrer l'équivalent de plus d'un siècle de production de CO2 dans la région et aboutir à une émission en CO2 quasi-nulle dans l'atmosphère.
L'énergie nécessaire pour la carbonatation représenterait de 30 à 50% de la production de la centrale de piégeage. En prenant en compte le système de piégeage du CO2, un système de carbonatation minérale entraînerait une hausse de la consommation d'énergie de 60 à 180% par kWh produit par rapport à une centrale électrique de référence (sans PSC).
La cinétique naturelle du processus de carbonatation est lente (plusieurs millions d'années). Dans le cadre d'une minéralisation industrielle du dioxyde de carbone, le temps de réaction devra être réduit à quelques heures, tout en diminuant au mieux l'énergie nécessaire.
Les sites d’élimination ne requièrent qu’une faible surveillance et les risques inhérents sont faibles.
Cette solution est jugée comme la plus sûre et durable, mais pour le moment c’est la plus coûteuse (il faut de grandes quantités d’énergie et de minéraux) et elle n’est pas techniquement maîtrisée à grande échelle. Les recherches actuelles visent à optimiser ces différents points.
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