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Séquestrer le CO2 et booster la géothermie à la fois

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Recyclé pour puiser l'énergie géothermique, le dioxyde de carbone émis par des centrales de production d'énergie pourrait trouver une seconde jeunesse. Une partie de ce gaz pourrait en outre être séquestré dans le sous-sol, et donc extrait de l'atmosphère.

Centrale géothermique de Nesjavellir en Islande. © Gretar Ivarsson, domaine public

Du carbone qui circule à travers des kilomètres de sous-sol pourrait arracher efficacement la chaleur des profondeurs de la Terre et la ramener à la surface pour produire de l'électricité. Au passage, des stocks de CO2 pourraient probablement se retrouver piégés dans le sous-sol. Selon le scientifique Miroslav Petro, directeur du projet Symyx,  le concept est doublement séduisant : « vous séquestrez le CO2 et au même moment vous en tirez de l'énergie ».

L'idée d'utiliser du dioxyde de carbone en géothermie n'est pas nouvelle. A l'origine, il s'agissait d'améliorer les systèmes d'injection d'eau dans le sous-sol chargés de fracturer les roches pour laisser le passage à l'eau, qui restait donc le caloporteur. Il est très difficile, en effet, d'obtenir une bonne fracturation et de maintenir un flux constant. Le projet le plus développé, européen, se trouve en France  à Soultz-sous-forêts (Bas-Rhin) et il lui a fallu 20 ans pour atteindre seulement 1,5 mégawatt (MW) de puissance produite. Par ailleurs, le procédé s'est attiré l'opposition des riverains à cause des petits tremblements de terre provoqués par la fracturation des roches.

Cliquer pour agrandir. Principe du fonctionnement du programme pilote européen de Soultz-sous-forêts. Un fluide caloporteur, ici l’eau, est injectée en profondeur. Lorsqu’il circule dans les roches chaudes, il se réchauffe. L’extraction de ce fluide chaud permet alors de récupérer l’énergie géothermique avant de la convertir en électricité. © A. Gallien – Banque de schémas - SVT

En 2000, le physicien Donald Brown du Los Alamos National Laboratory a proposé de remplacer l'eau par du dioxyde de carbone supercritique, une forme pressurisée en partie gazeuse et en partie liquide. Ce fluide supercritique est moins visqueux que l'eau et circulerait donc plus facilement à travers les roches. La différence de densité entre le fluide propulsé dans les roches, froid, et celui, plus chaud, récupéré devrait produire un effet siphon qui réduirait le coût énergétique du processus. Enfin, Donald Brown souligne qu'au lieu d'utiliser de précieuses ressources d'eau douce, ce concept séquestrerait l'équivalent de 70 ans d'émissions de CO2 d'une centrale à charbon de 500 MW.

Six ans plus tard, l'hydrogéologue Karsten Pruess du Lawrence Berkeley National Laboratory réalisait la première modélisation de cette technologie. D'après les projections de Pruess, un projet comme Soultz-sous-forêts pourrait produire 50% d'énergie en plus si l'on remplaçait l'eau par du dioxyde de carbone.

Le CO2 à l’eau, plus fort que la menthe à l’eau

Le point le plus important, selon Miroslav Petro, est le comportement du CO2 supercritique vis-à-vis des minéraux et des roches. Pur, ce fluide ne peut dissoudre les minéraux. Mais en association avec une faction d'eau, il peut former un « soda acide », un super-dissolvant selon les propres mots de Miroslav Petro.

En septembre 2009, le promoteur de géothermie GreenFire Energy a annoncé la création d'une joint-venture avec un exploitant pétrolier, Enhanced Oil Resources, pour construire entre l'Arizona et le Nouveau Mexique une centrale de démonstration de deux MW basée sur le dioxyde de carbone. Le lieu d'implantation de cette centrale aurait un potentiel de production de 800 MW (un peu moins qu'une tranche de centrale nucléaire) et un potentiel de stockage de CO2 équivalent aux émissions de six importantes centrales à charbon.

Selon Martin Saar, géophysicien de l'Université du Minnesota, en combinant ce concept non pas aux installations géothermiques mais aux projets de capture et stockage du CO2 qui prévoient d'utiliser le dioxyde de carbone sous sa forme supercritique, il serait possible d'exploiter la chaleur sans avoir à fracturer les roches et en exploitant des installations de forage et d'injection communes, donc moins coûteuses.

Le seul souci est le comportement du fluide dans les aquifères salins, mais d'après Saar, cela ne devrait pas être un problème si important car les densités sont différentes. Le CO2 supercritique formerait une phase distincte au dessus de la saumure. Si les expériences de laboratoire confirment cette hypothèse et les autres, Saar affirme qu'un essai grandeur nature de géothermie à base de CO2 serait possible d'ici trois ans.

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