Changement climatique oblige, la filière consistant à capter le dioxyde de carbone puis à le stocker dans les profondeurs géologiques fait aujourd'hui l'objet de nombreuses démonstrations sur le terrain et de multiples programmes de recherche.
Article rédigé par Jean-François Desessard.
Focus :
Technologies de captage du CO2 : trois voies explorées
- Captage en postcombustion : il consiste à récupérer le CO2 dilué dans les fumées de combustion.
- Captage par oxycombustion : il vise à réaliser une combustion à l'oxygène pur et non pas à l'air, de manière à obtenir des fumées concentrées en gaz carbonique.
- Captage par précombustion : il permet d'extraire le CO2 à la source en transformant le combustible fossile avant usage en un gaz de synthèse.
Les différentes solutions de stockage géologique
Une fois capté et transporté, le CO2 doit être stocké. Trois solutions de stockage sont envisageables :
- en aquifères salins profonds : c'est la solution qui offre les capacités de stockage les plus importantes, de l'ordre de 10.000 milliards de tonnes de CO2 ;
- en gisements pétroliers et gaziers épuisés : ce type de stockage dans des gisements épuisés ou en phase de déclin n'est que l'adaptation du procédé EOR (Enhanced Oil Recovery), déjà largement expérimenté dans l'industrie pétrolière afin d'optimiser la productivité des champs de pétrole ;
- en veines de charbon : consistant à stocker le gaz carbonique dans des veines de charbon profondes inexploitées, cette solution reprend la méthode dite de "récupération ECBM" (Enhanced Coal Bed Methane) qui permet d'exploiter le gaz naturel piégé dans le charbon.
Les 3, 4 et 5 octobre derniers se tenait à Paris un colloque international intitulé "captage et stockage géologique du CO2". Voulu par ses organisateurs -BRGM, Ademe, IFP- comme un prolongement aux réflexions de la première édition qui s'était déroulée en septembre 2005, ce colloque aura été l'occasion pour ses quelque 400 participants venus de 25 pays de faire le point, non seulement sur les avancées technologiques réalisées durant ces deux dernières années, mais également sur les recherches en cours et les premiers retours d'expérience des chantiers pilotes à travers le monde. Ainsi, pendant trois jours, Paris aura été la capitale mondiale d'une filière technologique prometteuse pour lutter contre le changement climatique, d'autant plus qu'au même moment cette ville accueillait aussi la deuxième assemblée générale de la plate-forme technologique européenne ZEP et l'atelier CO2GeoNet de formation et de dialogue sur le stockage géologique du CO2.
Certes, il existe dans le monde une poignée d'irréductibles qui refusent toujours d'admettre la réalité du réchauffement climatique dont les principaux responsables sont les gaz à effet de serre, parmi lesquels le gaz carbonique ou dioxyde de carbone (CO2) est le plus important. Mais hélas, la réalité est tout autre. Car sans pour autant tomber dans un catastrophisme inutile, il est permis de s'interroger à la lecture d'une étude de la National Academy of Sciences publiée en avril 2007. Celle-ci dresse en effet un constat pour le moins inquiétant : entre 2000 et 2004, les émissions de C02 ont augmenté de + 3% par an, alors qu'au cours de la décennie précédente, cette augmentation n'était que de 1,1%.
Qui plus est, les données d'observation du cabinet ENERDATA tout comme les informations publiées dans la Statistical Review of World Energy 2007 de BP confirment cette très forte progression des émissions de gaz carbonique. A l'origine de cette forte hausse, une accélération de la consommation d'énergie en 2002, principalement en Chine. L'augmentation brutale du prix de baril de pétrole, qui a entraîné celui du gaz naturel, a conduit en effet les Chinois à se tourner davantage vers le charbon qui est désormais le combustible le plus économique. Ainsi, pour ce seul pays, la consommation de charbon depuis 2002 a crû de 350 millions de tonnes de plus chaque année, de quoi générer 1 milliard de tonnes de CO2 en plus tous les ans.
Gaz de Chine
Dans ce contexte d'un réchauffement climatique qui semble se confirmer, n'en déplaise à certains, il devient donc urgent de réduire significativement les émissions de CO2 dans l'atmosphère. Une telle réduction implique évidemment de favoriser les économies d'énergie mais aussi d'opter pour l'utilisation d'énergies faiblement émettrices de ce gaz à effet de serre qu'est le CO2. Cela dit, l'impossibilité de s'affranchir rapidement du recours aux énergies fossiles que sont le pétrole, le gaz naturel et le charbon nécessite également de faire appel au plus vite aux technologies consistant à capter et à stocker le CO2 émis. S'il s'agit d'une idée nouvelle, le captage et le stockage du CO2 sont basés sur des technologies classiques éprouvées dans le secteur pétrolier.
Ainsi la captation du gaz carbonique est une technologie industrielle utilisée couramment non seulement dans le secteur de l'énergie mais aussi dans la fabrication des engrais et dans l'industrie agroalimentaire. Il en est de même pour le transport et le stockage de CO2 qui utilisent des technologies déjà mises en oeuvre pour le transport et le stockage souterrain de gaz naturel ou pour le transport et l'injection de CO2 dans des champs pétroliers en voie d'épuisement afin d'améliorer la récupération de pétrole. Pour autant, si ces technologies sont parfaitement maîtrisées depuis des décennies, elles doivent être adaptées afin d'en réduire significativement le coût et d'assurer la sécurité des stockages sur le long terme. D'où l'effervescence actuelle dans le domaine du captage et du stockage du CO2, tant en matière de recherche, qu'au niveau des démonstrations technologiques et des opérations industrielles en cours. "En décembre 1997, il y a tout juste dix ans, lors de la conférence qui allait aboutir au protocole de Kyoto, personne n'envisageait le recours au captage et au stockage du CO2. Or aujourd'hui, l'ensemble de la communauté scientifique et des organisations internationales considèrent cette solution comme une filière-clé pour lutter contre le changement climatique", a rappelé Oliver Appert, président de l'Institut français du pétrole (IFP), lors du récent colloque (voir "Technologies de captage du CO2 : trois voies explorées" ci-contre).
Déjà plusieurs années d'expérimentation sur le terrain
Force est de constater que des avancées significatives ont été faites depuis le premier colloque de septembre 2005. D'abord au niveau politique, que ce soit à travers le communiqué du dernier G8 ou la déclaration européenne de mars 2007 faisant référence explicitement au captage et au stockage du CO2. Des avancées sont également notables au niveau réglementaire. Ainsi, l'amendement de la convention de Londres sur les déchets en mer qui permet, depuis février 2007, le stockage de CO2 sous le fond de la mer dans les zones géologiques profondes constitue un premier pas dans l'émergence d'une réglementation applicable tant au niveau national, qu'européen et international. Par ailleurs, à Bruxelles, plusieurs directions de la Commission européenne discutent actuellement des conditions de mise en oeuvre d'un cadre réglementaire favorisant le captage et le stockage du CO2.
Ces avancées, elles sont aussi technologiques et industrielles. Rappelons qu'en matière de stockage géologique du CO2, plusieurs opérations industrielles sont en cours. La première d'entre elles a été lancée en 1996, sur le site norvégien de Sleipner, en mer du Nord, à 200 km des côtes. Le gaz naturel extrait de ce gisement, exploité par Statoil, renferme de 4 à 10% de CO2. Aussi est-il traité sur une plate-forme voisine afin d'en extraire le gaz carbonique, à l'aide d'un procédé d'absorption par des amines, qui est ensuite injecté dans l'aquifère sableux d'Utsira, situé à 1.000 mètres de profondeur.
Pour accompagner scientifiquement cette expérience, l'Union européenne et plusieurs industriels, en collaboration avec différents organismes de recherche, dont l'IFP et le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM), ont lancé dès 1998 un projet de recherche baptisé "Saline Aquifer CO2 Storage" (SACS). Ce projet pilote a permis de collecter de nombreuses données dans plusieurs domaines comme l'évaluation des interactions entre le CO2 injecté et la roche hôte, le monitoring sismique pour suivre la propagation du CO2 dans les milieux poreux, enfin la modélisation du comportement à long terme du gaz carbonique, des données à partir desquelles a été rédigé un manuel des bonnes pratiques, indispensable outil des responsables des futurs projets de stockage géologique dans le monde. Successeur de SACS, le projet CO2STORE, lancé en 2003, pour une durée de trois ans, a permis d'étudier sur le site de Sleipner le comportement à long terme du CO2 injecté dans l'aquifère et de réfléchir à la faisabilité d'un stockage de ce type sur quatre autres sites en Europe, deux en mer et deux à terre (voir "Les différentes solutions de stockage géologique" ci-contre).
Réduire les émissions de CO2
Sur le modèle du site de Sleipner, mais en mer de Barents, Statoil exploite depuis cet automne le champ de gaz de Snohvit, en Norvège, qui contient des quantités non négligeables de CO2. Aussi faut-il procéder à leur séparation. Mais le gaz naturel devant être liquéfié, l'extraction du gaz carbonique va s'effectuer à terre, à 160 km de la plate-forme de production. De là, un pipeline transporte le gaz carbonique à proximité de la plate-forme de production avant qu'il ne soit injecté dans une formation géologique située à 2 600 m de profondeur, sous le réservoir de gaz naturel, 700.000 tonnes de CO2 devraient ainsi être stockées chaque année.
Une autre opération importante est menée depuis septembre 2000 sur le champ pétrolier de Weyburn, dans la province du Saskatchewan, au Canada, par l'entreprise EnCana. Combinant récupération assistée de pétrole et stockage de CO2, celle-ci a conduit au démarrage, en janvier 2001, d'un programme de recherche international, "IEA Weyburn CO2 Monitoring and Storage Project", placé sous l'égide de l'Agence internationale de l'énergie (AIE). Il s'agit de profiter de cette opération industrielle pour étudier le stockage géologique du gaz carbonique dans un réservoir pétrolier et voir comment concilier récupération du pétrole et stockage à long terme du CO2, ce dernier, en l'occurrence, provenant d'une unité de gazéification de charbon de la Dakota Gasification Company aux Etats-Unis. Aujourd'hui, les travaux se poursuivent dans le cadre de Weyburn II qui a démarré en 2005.
En Algérie, un projet industriel de stockage de CO2, associé à un site de production de gaz naturel, est mené depuis 2004 par BP, Sonatrach et Statoil. Ici encore, le CO2 est séparé du gaz produit avant d'être injecté dans une sorte d'aquifère, situé sous la couche géologique renfermant le gaz. Ainsi, depuis août 2004, un million de tonnes de gaz carbonique sont injectées chaque année dans ce réservoir dans le cadre de ce projet, d'autant plus original, qu'il n'est nullement motivé par des considérations économiques, mais est présenté par les industriels qui le portent comme une sorte de leçon d'apprentissage grâce à laquelle ils vont affiner leurs compétences afin de pouvoir développer des projets à plus grande échelle.
Parallèlement à ces différents projets industriels en cours, tous initiés par des compagnies pétrolières et gazières, apparaissent progressivement de nouveaux projets de démonstration dont l'originalité est d'être portés par des industries émettrices de CO2, et en particulier les grandes compagnies de production d'électricité. Ainsi, en Allemagne, dans le Land de Brandebourg, le groupe suédois Vattenfall construit le premier pilote d'une centrale thermique au lignite sans émissions de CO2 qui devrait être opérationnelle mi-2008. Cet industriel envisage d'ores et déjà la construction d'une nouvelle installation de démonstration qui sera capable de produire 300 MW d'électricité dès 2015. De son côté, le groupe énergétique allemand EON souhaite tester une unité pilote pour le captage du CO2 dès 2008, puis construire une unité de démonstration qui pourrait être opérationnelle en 2014. Pour sa part, RWE, autre électricien allemand, pourrait concevoir dès 2016 une installation de captage en postcombustion sur une centrale à charbon de 1.000 MW située à Tilbury, en Angleterre.
Un foisonnement de projets
D'autres projets visent à produire de l'hydrogène à partir de combustibles fossiles et d'y associer un système de captage et de stockage de CO2. Ainsi BP, en partenariat avec ConocoPhilips, Shell et Scottish and Southern Energy, développe un projet de centrale électrique à hydrogène de 350 MW. Installée à Peterhead, dans le Nord-Est de l'Ecosse, celle-ci pourrait être opérationnelle à l'horizon 2010 et fournir de l'électricité à 250.000 foyers. L'électricien allemand RWE mise pour sa part sur la production d'hydrogène à partir du charbon et son utilisation dans une turbine à gaz afin de produire de l'électricité sans émission de dioxyde de carbone. Cette centrale de 450 MW qui pourrait voir le jour en 2014 sera construite selon la technologie IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle). Powerfuel, EON UK et NUON planchent sur des projets similaires pour 2010-2011. Quant à la France, elle n'est pas en reste puisque Total, en partenariat avec Air Liquide et Alstom, et la collaboration de l'IFP et du BRGM, travaille actuellement à la mise en oeuvre, dans le bassin de Lacq, dans le Sud-Ouest, d'un projet pilote de chaîne complète de production de vapeur d'eau, captage du CO2 par oxycombustion, transport par pipeline, enfin injection et stockage géologique. Dès 2008, et ce pendant deux ans, 150.000 tonnes de CO2 par an pourraient être ainsi stockées dans un ancien réservoir de gaz naturel.
Plus généralement, il existe un foisonnement de programmes de recherche, portant directement sur le captage et le stockage du CO2 ou les associant à d'autres technologies, parmi lesquels "Captage et Stockage du CO2" de l'Agence nationale de la recherche (France), COORETEC et Geotechnologien (Allemagne), CAT (Grande-Bretagne), CATO (Pays-Bas), CLIMIT (Norvège), Hypogen (Europe), FutureGen (Etats-Unis), ZeroGen (Australie). Il faut y ajouter COACH, un accord-cadre, d'une durée de trois ans, signé par l'Europe en février 2007, dans le cadre de son partenariat avec la Chine. Son but : utiliser l'expertise européenne afin de concevoir une centrale thermique à charbon, dotée de technologies de captage et de stockage du CO2, dont la construction en Chine est prévue d'ici 2010. Cette action est un bel exemple de l'urgence qu'il y a à développer cette filière. Rappelons en effet que la Chine s'est engagée dans un gigantesque programme de construction de centrales thermiques qui, pour la plupart, fonctionneront au charbon.
A lire également : - Capter et stocker le CO2 dans le sous-sol - Une filière technologique pour lutter contre le changement climatique. Paris : BRGM Editions, collection Les Enjeux des Géosciences, 2007. 64 pages
