Bilan sur la séquestration du CO2
Introduction.
Plusieurs solutions peuvent être mises en œuvre pour limiter la croissance de CO2 dans l’atmosphère :
- Limiter notre consommation d’énergies.
- Remplacer les énergies fossiles par d’autres peu productrices de CO2.
- Séquestrer le CO2
Dans cet article, nous nous interessons à la troisième solution, dont voici quelques chiffres clefs:
La capacité de stockage souterrain de CO2 est estimée entre 1000 et 10000 milliard de tonnes (actuellement, 30 milliard de tonnes de CO2 sont produites par ans)
La barrière actuelle est le cout, estimé entre 40 et 70$ pour enfuir une tonne de CO2.
Il est donc nécessaire d’accentuer la recherche dans ce domaine pour diminuer les couts d’enfouissement.
La séquestration du CO2 nécessite deux étapes :
- La capture
- Le stockage.
Lors de nos cours de physique chimie, nous pouvons faire référence à ces étapes et aux procédés qu'elles impliquent.
La capture.
Trois méthodes de capture sont possibles:
Le traitement des fumées
La capture peut se faire par un traitement des fumées : il s’agit actuellement d’une extraction par un solvant (en particulier la MEA monoéthanolamine).
On peut en parler en seconde dans : I. Chimique ou naturel ; 2 approches expérimentale et historique de l’extraction... ; par contre il sera très difficile de l’utiliser pour des raisons de sécurité (voir fiche)
Un appel à projet a été lancé en 2005 pour trouver d’autres méthodes de capture (car celle-ci est très couteuse) et de traitement des fumées, changement de solvants, givrage du CO2, membranes)
L'oxycombustion
On peut diminuer le cout de la capture en concentrant le CO2 dans les rejets. Une méthode est l’oxycombustion où on remplace l’air par de l’oxygène pur. Les fumées sont composées uniquement d’eau et de dioxyde de carbone. On peut alors facilement extraire l’eau par condensation et récupérer le CO2 pur.
Il est difficile d’envisager des expériences directement sur ce procédé, mais il peut servir d’exemple lorsque l’on étudie les caractéristiques physiques dans : (I. Chimique ou naturel ; 2 approches expérimentale et historique de l’extraction…)
Le vaporeformage
La dernière méthode consiste à capturer le CO2 avant la combustion par vaporeformage. On mélange l’hydrocarbure avec de la vapeur d’eau à haute température et haute pression, l’eau oxyde l’hydrocarbure pour former dans un premier temps du CO puis du CO2. Lors de cette réaction, l’eau est réduite en dihydrogène, carburant dont la combustion ne produit pas de CO2. C’est une méthode complexe à mettre en œuvre et relativement chère.
(voir rapport du BRGM: "Limiter les émissions de CO2 pour lutter contre le réchauffement climatique" P 111-119)
Le stockage (géologique).
La durée du stockage envisagée est au minimum de 2 à 3 siècles. Ce qui correspond à la fin de l’utilisation massive des énergies fossiles. Par précaution, la plupart des techniques étudiées pourront piéger le CO2 pendant plusieurs millénaires.
Il existe déjà des cavités naturelles ou le CO2 a été séquestré pendant plusieurs millions d’années.
Deux gisements sont étudiés : Springerville St John aux USA et de Montmirail en France.
L’aspect des rapports est essentiellemnt minéralogique. On peut cependant exploiter les tableaux de concentration d’hydrogénocarbonate lors de l’étude des titrages et des réactions acide bases en terminale Scientifique.
3 possibilités sont actuellement étudiées :
Dans les gisements de pétrole ou de gaz :
Le CO2 est injecté à la place du pétrole ou du gaz naturel. Cette méthode peut aider à l’extraction de l’hydrocarbure. De plus, les cavités utilisées ont permis de stocker des combustibles fossiles pendant des millions d'années. Elles sont donc susceptibles de stocker également le CO2 sur de très longues durées.
On pourrait ainsi stocker 900 milliard de tonnes de CO2.
Une étude complète est effectuée depuis l’an 2000 à Weyburn au Canada (document en anglais) :
Dans les veines de charbon non exploitables.
Les veines de charbon absorbent de préférence le dioxyde de carbone au lieu du méthane qu’elles contiennent. L’avantage est double : stocker le dioxyde de carbone et exploiter le méthane extrait.
On évalue les capacités de stockage à 40 milliard de tonnes de CO2.
Il existe différents projets en cours, par exemple :
Coal-seq (2000), suivi par le Département de l’Energie (DoE) aux Etats Unis (en anglais)
REPOCOL (projet européen, novembre 2001)
Dans les aquifères profonds :
Les aquifères sont des roches poreuses et perméables contenant des solutions aqueuses. Lorsque l’eau de l’aquifère n’est pas potable, on peut l’utiliser pour stocker des gaz. Cette méthode est déjà employée pour stocker temporairement du gaz naturel.
Les capacités sont évaluées entre 400 et 10000 milliard de tonne de CO2. l’incertitude est due à la méconnaissance de ces couches géologiques.
Le principe est de dissoudre le dioxyde de carbone dans l’eau. Il prend alors différentes formes : H2CO3, HCO3- ou CO32- suivant le pH de l’eau puis l’ensemble est précipité sous forme de carbonates avec les ions Ca2+, Fe2+ ou Mg2+.
Exploitation en classe :
En seconde : III les transformations de la matière.
En première Scientifique : B grandeurs physiques liées aux quantités de matière.
En terminale Scientifique : B la transformation chimique est-elle toujours totale ?
L’exemple le plus cité est le site de Sleipner en Mer du Nord. Cette plateforme pétrolière stocke 1 million de tonne de CO2 par an depuis 1996.
Le stockage océanique :
Deux milliard de tonnes de CO2 par an sont absorbées spontanément par les océans.
Le réservoir estimé est de 38000 milliard de tonnes de CO2.
Deux processus naturels peuvent être utilisé :
La biomasse océanique :
La photosynthèse transforme le CO2 en matière organique. Des projets sont à l’étude pour augmenter les capacités de stockage. Ils sont sujet à controverse (voir dans la Monde du 28/04/2007 l’article de Stéphane Foucart : L'épandage de fer dans l'océan ne favoriserait pas l'absorption de CO2 par le plancton.)
La dissolution
Le dioxyde de carbone est stocké sous sa forme aqueuse ou de carbonates HCO3- ou CO32-. L’ensemble réagit et précipite en surface. Il atteint naturellement le fond des océans très lentement (plusieurs siècles voire millénaires sont nécessaires). Pour faciliter se stockage, le but est d’injecter directement le dioxyde de carbone au fond des océans.
Le stockage sous forme liquide :
Le dioxyde de carbone injecté à des profondeurs supérieures à 3000 mètres reste liquide à cause de la pression. Il est plus dense que l’eau, il peut donc former des « lacs » de dioxyde de carbone.
Les modes de stockage océanique sont prometteurs mais ils restent sujet à caution à cause des problèmes de sécurité et de diffusion du CO2.
La biomasse
Voir sur notre site le dossier complet sur la biomasse.
La séquestration du CO2 à travers la presse spécialisée.
La Recherche dans le n°404 article de Jacques Olivier Baruch : Peut on enterrer l’effet de serre ?
Pour la Science dans le hors série de janvier-mars 2007 article de Robert Socolow: Peut on enterrer le réchauffement climatique ?
Les références.
Le site du ministère de l'industrie dresse un panorama synthétique et complet de la séquestration du CO2
Voir aussi un document pdf de l'IFP. (ce document de 4 pages permet d'avoir un aperçu rapide du problème et de ses solutions)
Sur le site du BRGM on trouve également une partie entièrement dédiée à la séquestration du CO2 ainsi qu'une fiche technique.
Le rapport complet du BRGM sur la séquestration du CO2
Le site de l’agence internationale de l’énergie consacré uniquement au thème de la séquestration du CO2.
Un rapport très complet, avec tous les chiffres, édité par l’agence internationale de l’énergie.
Le site du Département de l’Energie (DoE) aux Etats-Unis propose des fichiers de données exploitables en cours