Captage et stockage du CO2 (CSC)

Dans le cadre de la nécessaire réduction des émissions de gaz à effet de serre, les pouvoirs publics, le monde scientifique et la filière gazière s’allient pour développer la technologie du CSC dans notre pays.


Au niveau fédéral un groupe de scientifiques et universitaires (CARMA : CARbon MAnagement in power generation) ont étudié de 2009 à 2012 les potentialités du CSC en Suisse. Le rapport final prévoit le lancement de 2 études pilotes sur 15 ans avec un budget de 100 à 150 millions de francs.

En 2010, Petrosvibri (forage de Noville) a investi 2.5 millions de francs pour la création d’une chaire à l’EPFL dédiée à ce thème.

En décembre 2014, Gaznat (actionnaire de Petrosvibri) a créé deux nouvelles chaires à l’EPFL :
- l’une consacrée au captage du CO2 et à sa valorisation sous forme de produits dérivés,
- l’autre consacrée au stockage géologique du CO2 et à l’étude des potentiels liés à la fracturation hydraulique et à la géothermie en Suisse.

En novembre 2016, l’OFEN et l’EPFL accueilleront à Lausanne la 13ème rencontre internationale du GHGT : plus de 2000 spécialistes se retrouveront pour partager les connaissances actuelles sur le CSC. Le sponsor principal de cet événement est la Confédération.

 

Une solution miracle ou une fausse solution au réchauffement climatique?

Enfouir dans le sous-sol et à jamais les immenses quantités de CO2 émises par les centrales électriques au charbon et au gaz, ou, par les raffineries, les aciéries et les cimenteries, afin de ralentir de façon sensible nos émissions de gaz à effet de serre, parait à priori être une bonne idée. Dans les faits, l’avantage évident doit être confronté aux difficultés de réalisation du CSC et aux conséquences directes ou indirectes, à court ou long terme de son utilisation à grande échelle.


Un processus industriel complexe

CSC-ifp.jpg© ADEME 

Le captage consiste à extraire le CO2 du combustible ou des fumées de combustion émises par un site industriel, puis à le mettre sous pression pour le rendre liquide. Les procédés sont divers mais tous exigent la construction d’infrastructures coûteuses dont le fonctionnement est en plus extrêmement énergivore. Pour une centrale électrique, l’adjonction d’un système de captage de CO2 amène un surcoût important pour l’électricité produite (estimée à 70-80% pour le projet SaskPower au Canada). Du fait de sa complexité, le captage de CO2 ne peut être envisagé que sur des sites industriels émettant de grandes quantités de CO2.

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Centrale à charbon de Boundary Dam avec CSC, le CO2 est vendu à l'industrie pétrolière
Source : SaskPower (Canada)

Le transport jusqu’au lieu d’injection n’est pas en reste aussi bien au niveau du coût des infrastructures que du coût énergétique : il doit être réalisé soit par bateau (comme les méthaniers), soit par gazoduc.

L’injection du CO2 et son stockage peut être réalisée dans d’anciens gisements d’hydrocarbures ou dans des aquifères salins profonds. L’intérêt dans le premier cas est que le site est déjà foré et connu comme naturellement étanche, mais il est souvent lointain et sa capacité de stockage n’est pas illimitée. Dans le second cas, on peut trouver des sites favorables à proximité des industries productrices de CO2 et qui théoriquement pourraient être utilisés pendant plusieurs décennies, mais en amont cela suppose d’importantes recherches géologiques et hydrogéologiques et des forages d’exploration et d’exploitation fort coûteux. Les risques environnementaux à moyen et à long terme ne pouvant jamais être exclus, l’implantation de ce type de site dans des régions habitées est susceptible de rencontrer de fortes oppositions.

Des origines suspectes…

L’exploitation d’un gisement d’hydrocarbures ne peut jamais être réalisé à 100%. Par simple pompage, seuls 5 à 25% des hydrocarbures peuvent être extraits. L’industrie a donc étudié et testé de nombreuses techniques permettant d’améliorer ce rendement, c’est ce que l’on appelle des techniques de stimulation ou de récupération assistée de pétrole et de gaz. Ainsi l’injection de CO2 dans un gisement augmente la pression et réduit la viscosité des hydrocarbures.

Le CO2 peut être aussi injecté dans des veines de charbon inexploitables, il se fixe chimiquement sur le charbon et en extrait ainsi le méthane.

La technologie du CSC s’est donc d’abord développée pour améliorer la production des hydrocarbures. Ce deuxième schéma est plus explicite sur ce point :

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Source IPFEN

Aux USA, le CSC fonctionne industriellement pour cet usage depuis 1972. Actuellement plus de 120 usines sont équipées pour capturer le CO2 (65 Mt par an) dont la majorité est envoyée dans les puits de pétrole et de gaz pour en améliorer la rentabilité et la productivité. L’extraction du CO2 est coûteuse mais elle est rentabilisée par sa vente aux entreprises pétrolières pour qui cet achat se justifie si le prix du baril n’est pas trop bas…

Le premier site industriel qui a utilisé le CSC sans valoriser le CO2 mais en le séquestrant dans un aquifère salin profond, a été la plateforme de Sleipner en Norvège (1996). Cette installation pionnière s’est révélée rentable économiquement à cause des taxes sur les émissions de CO2 imposées dès 1992 en Norvège. Le gisement exploité par la plateforme Sleipner fournit un gaz très riche en CO2 dont la composition ne lui permet pas d’être envoyé en l’état vers les gazoducs européens. Une partie du CO2 doit être extraite préalablement par un procédé chimique. C’est ce surplus (environ 1Mt/an) qui est compressé puis injecté depuis la plateforme dans le sous-sol au-dessus du gisement de gaz.
Par contre le CO2 émis par les torchères et la puissante centrale électrique de la plateforme n’est pas capté (ce serait trop coûteux), il est rejeté dans l’atmosphère (près d’1Mt). Le bilan environnemental final de cette pionnière n’est donc pas si brillant d’autant que les immenses quantités de gaz naturel qu’elle produit émettront encore beaucoup de CO2 lors de leur combustion, et pire, du méthane s’il y a des fuites…

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 Plateforme de Sleipner - Source : PSA Norway

Un développement difficile qui reste ambigu…

Le développement du CSC se heurte à des défis technologiques, économiques, écologiques, juridiques et sociétaux qui découragent passablement les efforts entrepris depuis plusieurs années. De nombreux projets pilotes ou industriels ont été abandonnés ou suspendus de par le monde. Les paiements effectués par l’Union Européenne pour subventionner des projets CSC étaient d’environ 200 M € en 2010 et en 2011, ils sont tombés en 2015 à 3.5 M€. L’Allemagne, malgré son avance technologique, a dû renoncer à stocker du CO2 dans son sous-sol en 2011 sous la pression de la population.

Au Canada, des projets CSC, largement subventionnés par les pouvoirs publics (865 M$ pour Quest), veulent sauver l’exploitation des importantes ressources en sable bitumineux et en charbon en en diminuant les émissions de CO2 .
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Projet Quest au Canada par Shell. Usine produisant du pétrole à partir des sables bitumineux,
1/3 des émissions de CO2 sont captées puis stockées dans le sous-sol profond. Source : Shell

Le CSC pourrait rendre plus acceptable l’exploitation des énergies fossiles et en retarder l’arrêt. C’est bien sûr dans cette perspective que les milieux du gaz, pétrole et charbon sont aussi de fervents promoteurs du CSC. En France, Total a investi plus de 60 M€ pour la construction d’un pilote CSC à Lacq (2010-2013), « dans le cadre de son engagement pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre ».

L’une des alternatives à la fracturation hydraulique pour l’exploitation des gaz de schiste est la fracturation au CO2 : on suit le processus décrit plus haut pour le CSC mais l’injection est réalisée avec une pression plus importante. Le CO2 présente des caractéristiques chimiques intéressantes permettant une meilleure libération des hydrocarbures de la roche qu’avec l’eau. Par contre, comme nous l’avons vu plus haut l’approvisionnement en CO2 est complexe et coûteux. La fracturation au CO2 reste encore expérimentale (Pologne et USA).


Risques environnementaux et acceptabilité sociale

Les projets de séquestration de CO2 dans des aquifères salins profonds réalisés en Mer du Nord (Leipner) et dans le Sahara (In Salah) ont l’avantage de permettre expérimentations et études sans être dérangé par l’opposition de rares bédouins ou de silencieux poissons. En région densément peuplée, la chose sera plus difficile. Nous avons vu que les allemands, déjà en 2011, ont interdit le stockage de CO2 dans leur sous-sol.

Les promoteurs du CSC savent désormais qu’ils devront « travailler » très sérieusement leur communication pour ne pas rencontrer d’opposition de la part des habitants, ce que l’on appelle élégamment « l’acceptabilité sociale ». Pour l’obtenir, ils doivent garantir que le CO2 sera enfoui définitivement dans le sous-sol sous des zones étanches sans risque de fuites toxiques et sans risque sismique.

Le CO2 est un gaz inodore, incolore et plus lourd que l’air. Il est présent dans l’air que nous respirons (0.3%) et dans l’air que nous expirons (0.4%), il n’est pas chimiquement toxique. Par contre, dès que sa concentration augmente, des symptômes apparaissent (maux de tête, perte de connaissance…) dont l’intensité varie selon les personnes et le temps d’exposition. Une concentration de 10% peut déjà être mortelle (catastrophe du lac Nyos en 1986).

Injecté dans un aquifère salin, le CO2 acidifie l’eau contenue dans cet aquifère. Cette eau acide et salée dissout les métaux lourds présents et si elle migre vers d’autres niveaux en suivant les failles existantes, elle peut contaminer les nappes phréatiques situées au-dessus. Elle est aussi susceptible de dissoudre certaines roches et d’agrandir rapidement les failles existantes.

fuites-stockage-co2.jpgChemins potentiels de fuite et processus associés au stockage géologique de CO2. Source : Actu-Environnement


C’est le serpent qui se mord la queue

Les énergies fossiles sont à l’origine du réchauffement climatique. Le développement de la technologie du CSC est encouragé pour diminuer nos émissions de gaz à effet de serre et devrait se conjuguer avec un abandon progressif des énergies fossiles… mais ce n’est apparemment pas le cas… Tout au contraire, il semble bien qu’il accélèrerait leur l’extraction et la construction de centrales électriques « propres » alimentées au charbon et au gaz. Par là-même il revaloriserait les immenses investissements réalisés dans l’exploration de gisement d’hydrocarbures.

Au lieu d’être un moyen de protéger notre milieu de vie, le CSC deviendrait de façon perverse un incitateur à toujours plus extraire, vendre et consommer les énergies fossiles, avec l’aggravation des pollutions qui sont liées. Au lieu d’investir dans les énergies renouvelables, d’encourager l’efficacité énergétique et la sobriété, les pouvoirs publics, en promouvant la très coûteuse technologie du CSC (en énergie et en risques environnementaux), continueront-ils à subventionner les énergies fossiles ?

Dans son dernier rapport en 2014 le GIEC n’a pas pu ne pas encourager un développement à grande échelle du CSC, mais en prévenant que « la disponibilité et l’échelle de ces techniques et autres techniques d’absorption du CO2 atmosphérique sont incertaines et associées à des degrés divers, à d’autres défis et risques ».

Pour sa part Greenpeace, dès 2008, s’est dissocié des partisans du CSC : « Les investissements dans le CSC menacent de verrouiller le futur énergétique mondial dans une incapacité à protéger le climat. La priorité doit être donnée aux technologies qui recèlent le plus grand potentiel de réduction des émissions et qui garantissent la sécurité énergétique : l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables ».


Références et approfondissement du thème :

La plateforme norvégienne Sleipner pionnière de la capture du CO2, Hervé Kempf, Le Monde, 2008

Faux Espoir – Pourquoi le captage et la séquestration du carbone ne sauveront pas le climat, Greenpeace, 2008

Etat de la situation des projets de séquestration géologique du CO2 à travers le monde, Rapport INRS, Québec, 2012.

Captage et stockage du CO2 (CSC), Association des entreprises électriques suisses, 2013

Roadmap for a Carbon Dioxide Capture and Storage pilot project in Switzerland, BFE, 2013

Stockage de CO2 : l'Ineris rapporte des risques de fuites, Actu Environnement, 2013