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L’emprisonnement du CO2 est géologiquement viable aux États-Unis

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Limiter la production de gaz à effet de serre ne suffira pas à réduire le réchauffement climatique, estiment certains, qui préconisent de capturer le gaz carbonique émis. Mais où le stocker ? Les couches aquifères salines sont de bonnes candidates mais leur potentiel reste controversé. Sur la base d'un nouveau modèle, une équipe américaine affirme que ce procédé, si l'injection du gaz liquéfié est parfaitement maîtrisée, permettrait de limiter les émissions de CO2 au seuil actuel durant les cent prochaines années.

L'installation pilote de Lacq, réalisée par Alstom pour une raffinerie de Total. Le gaz carbonique extrait est enfoui dans des gisements de gaz naturel. Les centrales à charbon ne disposant pas de ce dispositif libéreraient à elles seules 40 % des gaz à effet de serre émis chaque année. © Alstom

Les émissions de gaz à effet de serre posent problème. De nombreuses innovations voient le jour pour essayer de les limiter au maximum : des panneaux solaires de plus en plus efficaces sont développés, des champs d'éoliennes sortent de terre un peu partout, etc. Malheureusement, le mal est déjà fait et les industries libérant de grandes quantités de CO2 dans l'atmosphère prospèrent.

Pour de nombreux experts, limiter la production des gaz à effet de serre ne suffira pas à enrayer le réchauffement climatique. Il faudrait parvenir à en emprisonner une certaine quantité, notamment dès leur libération par des centrales électriques à charbon. Dans le futur, il faudrait donc développer des moyens de capture puis de compression des gaz et surtout, trouver des lieux de stockage. Des structures géologiques profondes feraient de bons candidats, notamment les couches aquifères salines. Le carbone excédentaire serait ainsi enfoui sous terre. Cette approche est appelée carbon capture and storage ou CCS.

Les capacités de stockage de ces éléments géologiques ont été estimées à maintes reprises, notamment aux États-Unis. Pour certains, elles pourraient être remplies en seulement quelques années. Pour d'autres, elles seraient exploitables pendant plusieurs siècles. Face à de telles incertitudes, il est difficile d'établir une politique cohérente. Une nouvelle étude dirigée par Ruben Juanes du Massachusetts Institute of Technology (MIT), et publiée dans la revue Pnas, clarifie le potentiel du CCS pour les États-Unis. Elle démontre que le développement de cette approche à grande échelle est géologiquement viable sur du long terme.

Les chercheurs du MIT ont utilisé de petites billes de verre pour étudier la manière dont le gaz carbonique liquéfié se dilue dans les eaux salées contenues dans les pores de la roche. Leurs résultats expérimentaux ont ensuite été intégrés dans leur modèle. © Michael Szulczewski, Juanes Research Group, MIT

Des capacités de stockage du gaz carbonique dynamiques

La disparité des estimations antérieures est principalement due à deux facteurs. Premièrement, les couches aquifères salines ne sont pas exploitables commercialement et présentent donc peu d'intérêt. Elles se situent en effet à plus de 800 mètres de profondeur, bien en dessous des sources d'eau exploitées pour l'agriculture ou la consommation humaine. Deuxièmement, il est difficile de modéliser la dynamique des fluides au sein de ces couches. Comment et à quelle vitesse le CO2 va-t-il se concentrer puis se déplacer ?

Le nouveau modèle du MIT tient compte de la mécanique des fluides du gaz capturé et surtout de sa vitesse d'injection. Les résultats dépendent notamment de la vitesse de percolation des liquides dans les roches poreuses. La dissolution du dioxyde de carbone augmente la densité de l'eau qui se met alors à couler, limitant ainsi la remontée du gaz carbonique vers l'atmosphère et libérant de l'espace pour de nouvelles injections de gaz. Ce processus est lent. Les capacités de stockage des couches aquifères salines profondes sont donc dynamiques, elles évoluent dans le temps.

Des émissions de CO2 bloquées pendant un siècle

Une injection trop rapide de gaz liquéfié saturerait vite le système. Ce paramètre est donc un critère fondamental dont il faut tenir compte pour estimer l'importance de ces ressources. Dépendant de plusieurs facteurs, la durée de vie de ces réservoirs peut être représentée par une courbe. Le CCS sera utile tant que celle-ci restera au-dessus du tracé caractérisant la demande de stockage des industries émettant du CO2.

Concrètement, peut-on déjà prédire l'utilité et surtout la durée de vie du CCS ? Oui ! La mise en place de ce dispositif permettrait de stabiliser la quantité des gaz émis dans d'atmosphère durant... un siècle. Cette étude n'a abordé aucun point économique. Malheureusement, le développement du CCS risquerait d'accroître le coût de production de l’électricité de 15 à 30 %. Ce détail a aussi son importance...