Reconnu par la communauté scientifique comme la principale cause du réchauffement climatique, CO 2 les niveaux dans l'atmosphère continuent de monter en flèche, comme le confirme le rapport de novembre 2019 de l'Organisation météorologique mondiale.

La principale cause de cette augmentation est l'activité industrielle et économique d'origine humaine, émettant environ 35 milliards de tonnes (35 Gt) de CO 2 par an dans le monde, auxquels il faut ajouter les effets de la déforestation et de l'urbanisation des terres (6 Gt par an).

La végétation et les océans jouent bien leur rôle de puits naturels en absorbant plus de la moitié de ces quantités, mais le surplus continue de s'accumuler dans l'atmosphère année après année et provoque une augmentation incessante du CO 2 niveaux.

Stockage géologique du CO₂

La solution évidente et obligatoire est de baisser notre CO 2 émissions. Cela signifie une réduction drastique de notre utilisation de combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon), parallèlement au développement des énergies alternatives et vecteurs (solaire, vent, géothermie, biomasse, hydroélectricité, hydrogène, etc.).

Cependant, ce changement ne se fera pas du jour au lendemain et nécessite des mesures d'accompagnement, dont l'un est de capter le CO atmosphérique 2 et le stocker profondément sous terre, d'où vient le carbone à l'origine. Cette technologie est connue sous le nom de CO 2 capture et stockage (CSC).

Le CCS consiste à capter le CO 2 contenus dans les fumées des installations industrielles, puis l'injecter profondément sous terre (1, 000 mètres ou plus) via un puits dédié. Le CO gazeux 2 est comprimé avant injection dans un état plus dense (mais toujours plus léger que l'eau), permettant ainsi son injection en grande quantité. Le site de stockage est soigneusement sélectionné afin que le CO 2 reste piégé en permanence et consiste généralement en une roche réservoir poreuse avec des espaces entre les grains (pores) contenant de l'eau salée (non potable). Il est surmonté d'une roche de couverture imperméable empêchant toute remontée vers la surface de la portion de CO 2 pas piégé dans les pores de la roche ou dissous dans l'eau salée.

La technologie CCS est éprouvée et prête à être déployée à grande échelle. À ce jour, 19 installations de CSC à grande échelle sont opérationnelles dans le monde, évitant l'émission d'environ 40 millions de tonnes (40 Mt) de CO 2 par an. Néanmoins, Le CSC s'avère trop lent pour démarrer au niveau requis pour atteindre les objectifs mondiaux de réduction des émissions, et ce malgré plus de 40 ans d'expérience opérationnelle et le fait alarmant que les experts en modélisation climatique comptent sur le CSC pour contribuer à hauteur de 14 % au paquet global de solutions climatiques ( OCDE/IEA ETP 2017, p. 31). Le coût des opérations et les infrastructures relativement lourdes à installer expliquent en partie cette situation, ainsi qu'un manque de soutien politique, mais nous devons trouver des moyens de sortir de cette impasse.

Le BRGM a participé à plusieurs projets de recherche sur le CSC au cours des 25 dernières années. Depuis 2013 cependant, Le BRGM et ses partenaires ont travaillé sur une nouvelle option CSC plus simple à mettre en œuvre, moins cher et adapté à la réduction d'échelle donc il peut être appliqué localement pour réduire le CO 2 émissions des « petites » installations industrielles.

Apporter une solution aux « petits » pollueurs industriels

Pour atteindre les objectifs de l'Accord de Paris, nous avons besoin de toute la gamme d'actions de réduction des émissions, et ce quelle que soit l'échelle. En France, CO 2 les émissions représentent aujourd'hui un peu moins de 1 % des émissions mondiales (c'est-à-dire 2 -émissions"> 338 Mt de CO₂ par an), répartis en 31 % pour l'industrie, la transformation énergétique et les déchets (les sources qui peuvent être combattues par le CSC), 31 pour cent pour le transport, 19 pour cent pour l'agriculture et 19 pour cent pour le logement.

Cependant, près de 84 % des émetteurs industriels français sont « petits, " c'est-à-dire émettant moins de 150, 000 tonnes (150 kt) de CO 2 par an, la moyenne étant de 38 kt de CO 2 par an. Néanmoins, quand tout s'additionne, ces petits ou très petits émetteurs pèsent collectivement près de 32 Mt de CO 2 par an, ce qui n'est pas un haussement d'épaules.

Cependant, ces sites sont dispersés dans tout le pays, leur rendre inaccessible la solution CCS classique; il est impossible de mettre en commun plusieurs unités de capture petites et coûteuses afin de transporter des quantités importantes de CO 2 vers un site de stockage unique et nécessairement distant. CCS, tel qu'il est déployé dans le monde aujourd'hui, stocke des quantités de l'ordre d'un million de tonnes de CO 2 par an et par site, soit au moins 25 fois plus que les émissions moyennes des petites installations comme celles de la France.

Stockage du CO₂ combiné au chauffage :un chaînon manquant

La solution CO₂-dissoute, développé par le BRGM, propose une nouvelle approche du CSC parfaitement adaptée à ces petits émetteurs industriels. Une différence principale est que le CO 2 est stocké entièrement dissous dans l'eau salée d'un aquifère profond, contrairement à l'approche conventionnelle où le CO 2 est comprimé dans un état dense.

Pour faire ça, l'eau est pompée du réservoir profond via un puits de production avant d'être réinjectée dans le sous-sol via un deuxième puits d'injection, après dissolution du CO 2 capturé à l'usine industrielle. Ensemble, ces deux puits constituent ce qu'on appelle un "doublet, " identiques aux doublets utilisés en géothermie profonde. Cette similitude d'infrastructure permet d'extraire simultanément la chaleur contenue dans l'eau pompée du réservoir.

Cette synergie souterraine - le stockage du CO 2 et extraire la chaleur - améliore la rentabilité du CO 2 -Fonctionnement dissous par rapport au CCS classique, à condition que l'énergie récupérée puisse être exploitée localement. Fournir un réseau de chaleur aux bâtiments, qu'il s'agisse de logements collectifs ou individuels, bâtiments de service ou d'entreprise, est un bon exemple d'utilisation de la chaleur produite. De cette façon, nous pourrions stocker du CO industriel 2 en chauffant nos maisons, et tout cela grâce à une source d'énergie presque sans carbone qui remplace les formes de chauffage plus conventionnelles et moins respectueuses de l'environnement (le chauffage représente près de 20 pour cent des émissions de CO 2 émissions en France).

Comment fonctionne le CO₂-dissous

Le CO 2 -Concept dissous initialement émergé en raison des avantages qu'il offre pour la gestion d'un site de stockage. En effet, avec l'approche CSC classique, l'augmentation de la pression du réservoir induite par l'injection massive de CO 2 nécessite une surveillance continue du site pour s'assurer qu'il ne dépasse pas certaines limites. Le CO 2 -L'approche dissoute évite toute augmentation de pression en extrayant et en réinjectant la même quantité d'eau du/dans le réservoir.

De la même manière, avec injection dans le réservoir du CO 2 à l'état dissous plutôt que gazeux, nous évitons toute tendance du CO 2 monter naturellement, et donc tout risque potentiel de fuite de CO 2 vers la surface et la contamination des aquifères peu profonds utilisés pour l'approvisionnement en eau potable. L'eau contenant le CO dissous 2 est en effet légèrement plus dense que l'eau du réservoir et a tendance à couler au fond du réservoir. Cela réduit à son tour la nécessité d'un contrôle rigoureux des voies d'évacuation préférentielles potentielles, à savoir les puits et la couverture rocheuse imperméable.

Un autre avantage, par rapport au CCS conventionnel, réside dans l'infrastructure simplifiée et son aptitude à l'application locale, évitant ainsi la nécessité de construire des réseaux de canalisations pour transporter le CO 2 des sites industriels émetteurs au site de stockage.

Etude de cas :un vrai potentiel en France

Pour que le CO 2 -Technologie dissoute à appliquer à une plante, deux conditions fondamentales doivent être remplies.

Premièrement, le sous-sol sous l'installation industrielle doit avoir les caractéristiques hydrogéologiques et thermiques nécessaires pour permettre l'exploitation géothermique; typiquement, débits de pompage/injection de l'ordre de 200 à 350 m ³ /h et température de l'eau entre 40 et 90°C.

Deuxièmement, la limite de solubilité du CO dissous 2 concentration (de l'ordre de 50 kg CO 2 /m ³ d'eau) ne doit pas être dépassée, pour s'assurer que le CO 2 reste stocké sous une forme totalement dissoute (c'est-à-dire sans bulles de gaz). Ces contraintes techniques font que la quantité de CO 2 injecté doit être maintenu en dessous de 10 à 17 tonnes par heure, avec des valeurs de débit d'eau telles que celles mentionnées ci-dessus, ce qui correspond à une capacité maximale de stockage d'environ 150 kt de CO 2 par an. Ceci explique pourquoi cette technologie est adaptée aux petits émetteurs, comme mentionné ci-dessus, et offre ainsi une perspective bas carbone à un secteur industriel qui ne dispose actuellement que de peu ou pas d'autres alternatives.

Pour mieux comprendre le potentiel de déploiement du CO 2 -Technologie dissoute à travers la France, sites industriels à faible CO 2 les émissions (moins de 150 kt par an) ont été cartographiées et superposées à des zones de réservoirs profonds à potentiel géothermique (en bleu, voir carte). Parmi ces sites, largement diffusé dans toute la France, 437 sont situés dans les zones bleues et sont donc potentiellement compatibles avec le CO 2 -Approche dissoute. Ensemble, ces sites émettent quelque 17 Mt de CO 2 annuellement, soit plus de 12 % des émissions industrielles françaises. De petites actions lorsqu'elles sont réunies peuvent donner des résultats significatifs.

Non seulement le stockage de ces émissions améliorerait considérablement l'empreinte carbone de ces industries, mais l'avantage supplémentaire d'utiliser la géothermie comme moyen de chauffage et donc de remplacer les énergies fossiles réduirait encore la facture environnementale.

Les travaux en cours visent à préparer le premier CO 2 essais d'injection dans un doublet géothermique existant. Cela validera l'essence du CO 2 -Concept dissous, en testant notamment le dispositif d'injection et les méthodes de surveillance continue du CO 2 dissolution dans l'eau du puits d'injection. La prochaine étape sera de mettre en œuvre, sur un site industriel, un premier démonstrateur de la technologie complète.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.