Captage et stockage géologique du CO2 : quelles sont les avancées ?

Si les risques liés au changement climatique ont fait l'objet de nombreux débats ces dernières années, les experts s'accordent aujourd'hui pour dire que les risques sont réels et directement liés aux émissions de gaz à effet de serre. Dans le cadre de la ratification du protocole de Kyoto, un système européen d'échange de quotas d'émissions de CO2 a été mis en place dès 2004.

Cette mesure a procuré une valeur marchande au CO2, qui est actuellement de l'ordre de 1 à 2 euros la tonne, mais qui était montée jusqu'à 30 euros il y a dix-huit mois ! Ce système souffre d'un problème de visibilité à long terme, du fait de la variabilité du prix du CO2. Parallèlement, a été mise en place la plateforme européenne ZEP (Zero Emission fossil fuel power plants) qui vise à établir une stratégie européenne pour tendre vers des émissions nulles de CO2 issu d'énergies fossiles, et qui inclut le captage et le stockage du CO2. Un vaste cadre réglementaire est donc en train de se mettre en place.

Dans la même optique, les autorités européennes pourraient imposer le captage stockage du CO2 à l'horizon 2015-2020. « Pour cela, il faut que le captage stockage du CO2 soit pris en compte dans les quotas CO2 alloués », observe Samuel Saysset, chef de projet Captage Stockage du CO2 à la Direction de la Recherche.

Une dizaine de programmes en Europe

Le captage stockage géologique du CO2 est une solution prometteuse qui permettrait de réduire massivement les émissions de ce gaz à effet de serre dans l'atmosphère, en complément d'autres mesures comme la maîtrise de la consommation d'énergie ou le recours aux énergies renouvelables. Les technologies existent depuis plus de vingt ans, mais elles demandent à être développées pour être appliquées à grande échelle et devenir économiquement acceptables. Il s'agit donc aujourd'hui de les optimiser, en diminuant les coûts de captage de 20 à 30 %, et éventuellement de les coupler à d'autres technologies. D'ores et déjà, les acteurs du domaine se préparent, balayent tous les champs possibles. Cela se traduit par le lancement de diverses opérations pilotes. Dix à douze programmes devraient voir le jour sur des sites de démonstration industrielle de grande échelle, couvrant ainsi l'ensemble des situations industrielles envisageables. Que ce soit dans les domaines du captage, du transport ou du stockage du CO2, Gaz de France participe activement, depuis plusieurs années, à différents programmes de recherche internationaux.

Un pilote pour le captage du CO2

En matière de captage, un des projets emblématiques auquel prend part Gaz de France est le programme CASTOR (CO2 from Capture to storage). Réalisé dans le cadre du 6e PCRD européen, CASTOR doit contribuer à la réduction des coûts de captage du CO2 dans les fumées de combustion et étudier la faisabilité du stockage géologique. Principal objectif : réduire de moitié les coûts de capture du CO2, qui sont actuellement de 40 à 60 euros par tonne de CO2 évitée. CASTOR a débuté en février 2004 pour une durée de quatre ans, avec un budget total de 15,8 millions d'euros.

Un de ses axes de recherches phares est notamment la mise en place d'un pilote de captage du CO2 sur une centrale thermique au charbon, à Esbjerg (Danemark, opérée par Dong Energy), qui est l'une des plus grosses installations mondiales de ce type. En cours depuis début 2006, l'opération vise à capter une tonne de CO2 par heure par un procédé de lavage aux amines.

Le procédé consiste à dissoudre le CO2 dans un solvant, le solvant liquide étant récupéré avec le CO2 et des fumées (voir infographie pages suivantes). L'extraction du CO2 est ensuite réalisée par chauffage. Mais cette technique représente un coût de captage encore élevé et des consommations énergétiques importantes.

Les pistes du stockage géologique

À l'autre bout de la chaîne intervient la phase de stockage du CO2. Des différentes possibilités de stockage envisagées il y a quelques années, la seule piste aujourd'hui étudiée est celle du stockage géologique. Il peut être envisagé sous trois formes : dans des veines de charbon inexploitables, dans des gisements épuisés (déplétés) d'hydrocarbures ou dans des aquifères salins. Le stockage du CO2 dans les fonds marins n'est plus étudié aujourd'hui en raison de la complexité des phénomènes naturels en jeu et de l'impact potentiel sur la faune marine.

Beaucoup reste à étudier sur ces modes de stockage géologique. « Le cas des veines de charbon pourrait représenter un marché de niche pour certains pays, même si les capacités de stockage sont faibles. Cette technologie est encore en phase de pilote, alors que les autres types de stockage sont à l'étape de démonstration industrielle », note Samuel Saysset. Dans ce type de structure géologique, le principal obstacle réside dans la perméabilité, parfois insuffisante pour garantir des conditions d'injection optimales du CO2.

Expérimentation du stockage

L'exploitation de gisements épuisés d'hydrocarbures est plus facilement envisagée. Le volume mondial envisageable est de l'ordre de 1000 gigatonnes, dont plus de 40 en Europe, principalement en mer du Nord. Gaz de France mène actuellement une opération pilote sur le gisement de gaz naturel du K12B, aujourd'hui quasiment épuisé. Le bloc se situe à 3 800 m sous le niveau de la mer, au nord-ouest d'Amsterdam. Depuis 2004, le CO2 issu du traitement de gaz naturel sur la plateforme de production est réinjecté dans le réservoir dont il est extrait. Cette injection constitue l'un des cas d'étude sur lesquels s'appuie le projet CASTOR.

Trois autres types de stockage souterrains sont étudiés dans le cadre de CASTOR : aquifère salin profond offshore à Snøhvit (Norvège) pour lequel Gaz de France est partenaire, gisement de pétrole offshore en voie d'épuisement en mer Méditerranée et gisement de gaz on-shore en Autriche. Le projet Snøhvit consiste à injecter du CO2 dans un aquifère situé au-dessous d'un gisement de gaz naturel. Autre perspective de stockage à grande échelle : Altmark.

Ce gisement de gaz quasiment épuisé, situé en Basse Saxe, représente l'un des plus gros potentiels de stockage du CO2 en gisement déplété on shore d'Europe. « Ce site constitue un cas idéal pour la mise en place d'une opération de démonstration à court terme. Un accord de collaboration vient d'ailleurs d'être signé avec le groupe Vattenfall qui fournira le CO2 produit par une centrale électrique pilote », précise Samuel Saysset.

Aquifères salins : le plus fort potentiel

Les aquifères salins profonds représentent la solution la plus prometteuse à long terme. Situées à grandes profondeurs, ces nappes souterraines d'eau salée ne constituent ni une ressource en eau potable, ni en eau d'irrigation. Leur intérêt est double : elles offrent de plus grandes capacités de stockage que les gisements d'hydrocarbures et sont relativement mieux réparties à la surface du globe.

Les capacités mondiales de stockage du CO2 dans ces aquifères profonds seraient de 400 à 10 000 milliards de tonnes. Ces structures géologiques sont pour l'heure encore mal connues (d'où l'ampleur de la fourchette) et beaucoup restent à explorer pour en maîtriser le contexte.

Différents sites font l'objet d'études : Sleipner depuis Shala (Algérie) depuis 2004, Snøhvit (Norvège) et enfin Satoryl qui doit être lancé fin 2007. Preuve de la préoccupation générale sur cette thématique, un symposium franco-allemand s'est tenu près de Postdam les 21 et 22 juin derniers sur le sujet, sur le site de Ketzin, où est actuellement injecté du CO2 dans un aquifère. Et dans le cadre du 6e PCRD, un programme nommé CO2 Sink porte sur le stockage du CO2 dans des puits. Le captage et le stockage géologique du CO2 constituent, on le voit, une filière largement étudiée au niveau international, notamment aux États- Unis, au Japon, en Europe, et particulièrement en France. Gaz de France participe à cette forte mobilisation internationale en faveur du captage et du stockage du CO2. Prometteurs, ces sujets nécessitent encore beaucoup d'approfondissements et d'investissements avant de passer à une phase industrielle. À l'heure où les chercheurs travaillent au développement de l'hydrogène énergie, la maîtrise des techniques de captage et de stockage permettrait de produire de l'hydrogène sans production de CO2. Une nouvelle ère énergétique pourrait s'annoncer.

Autre élément : l'absence de cadre juridique autour du CO2 est synonyme pour certains de non engagement des pouvoirs publics sur le sujet, ce qui crée là aussi un manque de confiance. « Un des leviers consiste à établir un dialogue entre tous les acteurs (industriels, chercheurs, pouvoirs publics, associations de riverains…), à informer et à communiquer, poursuit Maud Minoustchin. D'où l'implication de Gaz de France dans le projet de l'ANR, SOC-ECO2. »

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