Techniques d'enfouissement océanique

→ L’injection à des profondeurs intermédiaires (1500–2000 m) : dispersion à partir de navires de surface ou par pipelines immergés transportant le CO₂ sous forme liquéfiée depuis la côte

Cette technique est également appelée «Droplet plume» (ou «panache ascendant de gouttelettes»). Elle repose sur le fait que le dioxyde de carbone liquide est moins dense que l’eau de mer aux profondeurs intermédiaires et que l’eau de mer enrichie en CO₂ dissous est plus dense que l’eau de mer normale.

Par conséquent, lorsque l’on injecte du CO₂ liquide ou mélangé avec du CO₂ gazeux vers 1500 m de profondeur depuis la côte ou un navire type méthanier, des gouttelettes flottantes de CO₂ se forment. Un panache ascendant de gouttelettes se crée alors, propice à la dispersion et à la dissolution du CO₂ dans l’eau de mer. L’eau enrichie en dioxyde de carbone, plus dense, plonge vers les profondeurs.

Le CO₂ dissous dans l’eau de mer rejoint le cycle du carbone et finit, au bout de quelques siècles, par retourner dans l’atmosphère.

Afin de minimiser l’impact environnemental, on estime qu’il est nécessaire de respecter une profondeur minimum de 1500 m, à même d’assurer des temps de rétention du CO₂ suffisamment longs. Les techniques sont au point pour de telles injections : des pipelines fixes depuis les zones côtières ou bien mobiles depuis des bateaux. Des études réalisées pour déterminer le devenir d’un panache de CO₂ diffusé en fines gouttelettes (état liquide) depuis un pipeline plongeant montrent que l’ensemble du CO₂ injecté se trouve dissous dans une colonne d’eau d’une centaine de mètres au-dessus du point de sortie. Ces eaux riches en CO₂ se diluent ensuite et, grâce aux courants, se dispersent horizontalement. La mobilité du point d’injection par déplacement de bateaux permet de renforcer la dispersion du carbone dissous, donc de réduire l’impact environnemental sans changer les temps de rétention.

→ L’injection à grande profondeur (>3000 m) : injection de CO₂ liquéfié dans des fosses océaniques avec comme objectif la formation de lacs de CO₂ stables 

Cette technique est également appelée «Dense plume» (ou «panache de densité descendant») lorsque l’injection ne s’effectue pas directement depuis une plate-forme off-shore mais depuis un carboduc acheminant un mélange d’eau de mer et de CO₂ comprimé. Cette technique repose sur le fait que l’eau de mer chargée en CO₂ dissous est plus dense que l’eau de mer normale et qu’en dessous de 3 000 m de profondeur, le CO₂ liquide est plus dense que l’eau de mer. Lorsque la concentration en CO₂ est forte, il se crée un courant de densité qui plonge vers les fonds océaniques. Le CO₂ s’accumule alors sur les fonds marins sous la forme de lac de CO₂ liquide et d’hydrate de CO₂ solide (clathrate). La formation des hydrates ralentit la dissolution du CO₂.

Bien que l’eau très concentrée en CO₂, voire le CO₂ liquide, se mélange très peu avec l’eau de mer, le CO₂ finit par se dissoudre dans l’eau environnante, puis par retourner à l’atmosphère. En fonction des conditions de profondeur et de courantologie, un lac de CO₂ peut exister durant plusieurs milliers d’années.

Cette technique augmente les temps de séquestration du CO₂ relativement à l’injection à moindre profondeur. Cependant, les technologies à mettre en œuvre sont plus lourdes. Lorsque l’injection se fait à partir d’un pipeline vertical depuis une plate-forme offshore, les longueurs impliquées et le fait qu’il n’existe qu’un seul point d’attache induisent de fortes contraintes. Les calculs réalisés montrent néanmoins qu’il serait techniquement possible de mettre en place des pipelines ayant jusqu’à 1 m de diamètre et qui descendraient jusqu’à des profondeurs de 5000 m.

→ Le largage de blocs de CO₂ solides

Le dernier procédé consiste à larguer depuis des bateaux des blocs de CO₂ solides (glace carbonique). Avec une densité de 1,5 t/m³ (supérieure à celle de l’eau de mer), ces blocs devraient rapidement se décomposer sur les fonds océaniques et pourraient même être partiellement enfouis dans les sédiments. Des calculs et des tests réalisés au Japon ont montré que, en chute libre jusqu’à 3000m de profondeur, la moitié d’un bloc initial de 4 m³ atteindrait le fond rapidement et resterait intacte au moment de son dépôt sur le fond océanique. A l’heure actuelle, cette technique d’injection dans les fonds océaniques n’est pas encore au point : elle est au stade de la modélisation mathématique. Seule l'injection à partir de pipelines à des profondeurs de 1000 à 2000 m est techniquement envisageable. Le coût de la tonne de CO₂ ainsi séquestrée est évalué entre $5 et $15. Le principal problème environnemental associé à cette technique concerne l'acidification des eaux, principalement au voisinage du site d'injection et l'impact néfaste de cet abaissement du pH (qui peut passer de 8 à 4) sur les écosystèmes marins. Les atouts et inconvénients de cette technique sont détaillés plus loin.