Séquestrer le CO₂ pour contrer les changements climatiques?

Pour sortir de la crise climatique, ou plutôt éviter le pire, l’une des voies envisagées consiste à capter le dioxyde de carbone dans l’air et à le renvoyer… sous terre. Une solution controversée.

Pour plusieurs experts, cette stratégie est un passage obligé si l’on veut respecter l’Accord de Paris, qui vise à contenir la hausse de la température moyenne de la planète bien en dessous de deux degrés Celsius par rapport aux niveaux préindustriels. « Il y a urgence, c’est pourquoi les projets se multiplient », résume Isabelle Czernichowski-Lauriol, géologue au Bureau de recherches géologiques et minières en France et spécialiste internationale du stockage géologique du CO₂.

Le concept est le même partout : on intercepte le CO₂, on le comprime sous forme quasi liquide, on l’achemine par pipeline si nécessaire et on l’injecte quelque part en profondeur dans le sous-sol. En bref, on le renvoie d’où il vient !

Car à force d’extraire charbon, pétrole et gaz naturel des entrailles de la Terre et de tout brûler, les humains ont libéré des milliards de tonnes de gaz carbonique. La teneur en CO₂ dans l’atmosphère, associée à un effet de serre, est ainsi passée de 280 ppm (parties par million, soit 0,028 %) à près de 420 ppm en 200 ans. Or, on connaît la chanson : si le taux de CO₂ continue à croître, l’humanité va droit dans le mur. C’est pour cette raison que de nombreux États, dont le Canada, visent la carboneutralité (soit un bilan d’émissions nul) pour 2050. « C’est un énorme défi et il y aura toujours des émissions incompressibles, qu’on ne pourra pas annuler malgré les efforts pour changer les procédés ou améliorer l’efficacité énergétique. Il va falloir les compenser par des puits de carbone, qu’ils soient naturels, comme les forêts et les sols, ou géologiques, poursuit Isabelle Czernichowski-Lauriol. Ce n’est pas une solution miracle, mais c’est indispensable. »

Le rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) publié en 2018 lui donne raison. Il stipule qu’il faut non seulement diminuer de 45 % les émissions de CO₂ d’ici 2030 et les ramener à zéro avant 2050 (la fameuse carboneutralité), mais qu’il faudra aussi éliminer « de 100 à 1 000 gigatonnes [milliards de tonnes] de CO₂ de l’atmosphère au cours du 21e siècle » pour limiter la casse. Cette évacuation du trop-plein, en quelque sorte, est désignée par l’expression « émissions négatives ». Et c’est principalement sur la CSC qu’on mise pour y parvenir.

Une histoire de pétrole

Si Boundary Dam fait figure de pionnière, les techniques de capture du CO₂ sont en fait maîtrisées depuis longtemps, rappelle Louis-César Pasquier, professeur à l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) et spécialiste de la récupération et de l’utilisation du CO₂. « La captation du CO₂ par une solution d’amine [un solvant] est brevetée depuis les années 1950 parce que c’est ce qu’on utilise pour purifier le gaz naturel avant sa commercialisation », précise-t-il. Les premiers projets à visée « climatique », eux, ont vu le jour dans les années 1990, sans grand enthousiasme en raison des coûts énergétiques et financiers élevés. « Malheureusement, l’environnement est quelque chose qui ne paie pas », dit laconiquement le chercheur.

Il y a toutefois un domaine où le CO₂ possède une valeur économique : les industries gazière et pétrolière. Si bien qu’en matière de CSC, ce sont pour l’instant les Total, Shell et autres BP qui mènent la danse. Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), sur les quelque 40 millions de tonnes de CO₂ de source industrielle captées et stockées chaque année, environ 70 % concernent des opérations gazières et pétrolières.

C’est que le gaz carbonique peut être utilisé à la place de l’eau comme piston pour « purger » le pétrole qui stagne au fond des puits. Une pratique courante depuis les années 1970, appelée récupération assistée de pétrole. « On va ainsi chercher les 30 % de pétrole résiduel », explique la géologue Susan Hovorka, de l’Université du Texas à Austin. Ce faisant, la quasi-totalité du CO₂ reste piégée pour de bon au fond du puits. « Le CO₂ s’infiltre par capillarité dans les pores entre les grains de sable, à la place du pétrole. Un peu à la manière d’une tache de gras qui imprègne les fibres d’un vêtement, une fois sur place il ne peut pas être délogé facilement », souligne-t-elle. De manière générale, les gisements matures, partiellement vidés, de pétrole ou de gaz se prêtent donc bien au stockage du carbone.

Quelque 500 000 barils de pétrole sont produits quotidiennement dans le monde à l’aide de cette technique, d’après l’AIE. À Boundary Dam, une partie du CO₂ (la quantité est confidentielle) est ainsi utilisée pour exploiter les gisements de pétrole avoisinants − l’autre étant plutôt enfouie dans le sous-sol sans servir à l’extraction.

Autre exemple d’installation en fonctionnement depuis l’été 2020 : l’Alberta Carbon Trunk Line, qui collecte le CO₂ d’une raffinerie et d’une usine d’engrais du nord-est d’Edmonton et le transporte par pipeline à 240 km de là, dans des champs pétroliers matures. Un million de tonnes de gaz carbonique ont ainsi été enfouies en huit mois d’activité tout en permettant la récupération de pétrole.

Cette pratique est particulièrement prisée aux États-Unis depuis les années 2010, où elle est soutenue par des crédits d’impôts fédéraux (jusqu’à 50 $ par tonne de carbone séquestrée). Certaines études menées au Texas concluent même que le stockage du CO₂ dans le réservoir de pétrole compense les émissions de gaz à effet de serre engendrées par la combustion du produit final (le carburant par exemple).

Cette notion contre-intuitive d’« hydrocarbures carboneutres » est fortement mise à mal par le fait que, pour l’instant, la majorité du gaz injecté dans les puits de pétrole est lui-même extrait de réservoirs souterrains naturels de CO₂. Rien à voir, donc, avec un quelconque « recyclage ». Ainsi, aux États-Unis, seuls de 15 à 30 % du CO₂ injecté proviendraient d’activités industrielles, comme des usines d’engrais, comptabilise l’AIE.

Mais surtout, les experts du climat sont unanimes : pour limiter le réchauffement, il faut se libérer des combustibles fossiles au plus vite. L’AIE a rendu en mai 2021 un rapport sans équivoque sur les mesures à prendre pour atteindre les objectifs de « zéro émission nette » en 2050. Selon l’organisation, il faut cesser dès aujourd’hui tout investissement dans les nouveaux gisements d’énergies fossiles et favoriser massivement les énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire tout en électrifiant les transports.

Dale Beugin, spécialiste en politique environnementale et en économie à l’Institut canadien pour des choix climatiques, reconnaît que le paradoxe de la récupération assistée de pétrole avec du CO₂ ternit la réputation de la CSC. « Mais dans l’avenir, nous aurons besoin de ces technologies d’émissions négatives. C’est pourquoi il faut les développer », estime-t-il.

Qu’on l’approuve ou non, l’industrie pétrolière a donc une longueur d’avance pour innover : elle possède les installations d’injection et de transport, le savoir-faire et les connaissances géologiques. Ce poids lourd du réchauffement climatique, responsable de plus de 40 % des émissions globales de gaz à effet de serre, subit aussi de plus en plus de pression pour verdir ses activités. Et voit dans l’enfouissement du CO₂ rejeté par d’autres pollueurs une nouvelle occasion d’affaires.

Le couvercle sur la marmite

Depuis peu, les pétrolières investissent donc dans des projets de CSC d’envergure avec l’appui des gouvernements, notamment en Europe. Plutôt que des puits en fin de vie, qui peuvent poser des problèmes d’étanchéité et sont souvent éloignés des zones industrielles, ce sont surtout des formations rocheuses profondes, les aquifères salins, qui sont ciblées pour du stockage géologique à grande échelle. Il s’agit de roches sédimentaires poreuses, de type grès ou calcaire, imbibées d’eau très salée et donc impropre à la consommation. Au-dessus de ces aquifères se superposent plusieurs couches géologiques imperméables telles que des argiles, qui font office de couvercles. « Au-delà de 800 m de profondeur, la pression et la température sont telles que le CO₂ se trouve dans un état dense dit supercritique, aux propriétés intermédiaires entre un gaz et un liquide, explique la géologue Isabelle Czernichowski-Lauriol. Il remplit l’espace poral des roches comme un liquide dans une éponge. »

Les estimations quant à la capacité de stockage totale varient ; mais les aquifères salins de la planète seraient suffisamment abondants pour absorber de 1 000 à 20 000 milliards de tonnes de CO₂. En clair, on ne manque pas d’espace !

Histoire de maximiser l’efficacité du procédé, des chaînes de captage, de transport et de stockage se mettent en place. En décembre 2020, le Parlement norvégien a ainsi voté le financement d’un projet de séquestration du CO₂, nommé Langskip, le plus avancé en Europe. L’un de ses volets, baptisé Northern Lights, est porté par Shell, Total et Equinor (mais financé à 80 % par le gouvernement). Le but : mettre sur pied un service de collecte et de stockage du carbone par injection dans un aquifère salin à 2 600 m sous la mer du Nord. Au début, le projet permettra de récupérer le CO₂ d’une cimenterie et d’un incinérateur de déchets en Norvège, mais il pourrait à terme être étendu aux industries des pays voisins. « Dès 2024, on injectera sous terre 1,5 million de tonnes par an, puis 5 millions dans une deuxième phase. Nous serons la première chaîne commerciale à proposer le transport du CO₂ par bateau, puis par pipeline pour un stockage géologique permanent », indique Jean-Philippe Hiegel, directeur de la stratégie et du marché pour Northern Lights.

De leur côté, les Pays-Bas ont annoncé en mai qu’ils investiraient deux milliards d’euros pour enfouir du gaz carbonique produit par les industries de Rotterdam dans d’anciens gisements gaziers au large des côtes. Un partenariat entre BP, Royal Dutch Shell, Total et le gouvernement britannique devrait également aboutir à un réseau de transport et de stockage en mer du Nord en 2026. Avec l’ambition d’avoir la première zone industrielle carboneutre au monde d’ici 2040.

En Amérique du Nord aussi, on mutualise les efforts. L’entreprise américaine Summit Carbon Solutions a annoncé cette année un projet de deux milliards de dollars destiné à recueillir le CO₂ de 17 usines de biocarburant en Iowa. Un réseau de pipelines permettra ensuite d’aller enterrer la récolte dans les aquifères salins du Dakota du Nord. Si tout se passe bien, en 2024, 10 millions de tonnes de CO₂ pourraient être ainsi injectées en profondeur − ce qui équivaudrait à retirer deux millions de véhicules de la circulation.

À ce chapitre, le Canada possède un des sous-sols les plus avantageux du monde. « On peut imaginer que le modèle d’affaires de l’Alberta devienne un jour le stockage du CO₂ », illustre Dale Beugin. La Saskatchewan est bien équipée aussi : le projet pilote Aquistore accueille une partie du CO₂ de Boundary Dam, à trois kilomètres de profondeur. La zone est bardée de capteurs et d’outils de surveillance permettant notamment de s’assurer de l’étanchéité du réservoir.

Au Québec, le gouvernement avait financé une chaire de recherche à l’INRS de 2008 à 2013 pour étudier le stockage géologique dans les aquifères de la région de Bécancour. La deuxième phase du projet, consistant en des tests d’injection, n’a finalement jamais eu lieu. « Il y a eu un désintérêt vers 2014 ; la recherche a cessé d’être subventionnée. Mais je ne serais pas surpris que les choses reprennent », avance Louis-César Pasquier. Il précise toutefois qu’autour de Bécancour « l’acceptabilité sociale est un enjeu ».

Le fait d’enterrer un « polluant » à proximité de zones peuplées enthousiasme rarement les résidants. Ces derniers craignent principalement des fuites de CO₂ au travers des puits de forage ou des failles rocheuses, soit vers l’atmosphère, soit dans les nappes phréatiques, et des microséismes lors de l’injection. « Plusieurs expériences de relâchement contrôlé de CO₂ ont montré que d’éventuelles fuites ne causeraient pas de dommages majeurs. De plus, nous avons un recul de 50 ans quant à certains lieux d’enfouissement qui sont très stables », assure Susan Hovorka, signalant que le CO₂ n’est pas toxique en soi. De son côté, Isabelle Czernichowski-Lauriol est elle aussi très confiante. « L’inquiétude des populations est tout à fait compréhensible, mais sur le plan scientifique, on sait que le stockage peut être sûr pendant de très longues périodes [des milliers d’années]. Les gisements naturels de CO₂, ça existe ! On ne fait qu’imiter la nature. »

Quant au déclenchement de secousses sismiques, la probabilité semble plutôt minime à en juger par les projets de surveillance, dont celui qui a débuté en 2000 dans les champs pétroliers de Weyburn-Midale, en Saskatchewan.

D’une pierre deux coups

Mais pour plusieurs chercheurs, la voie la plus sûre demeure le stockage du carbone sous forme rocheuse. En présence de calcium ou de magnésium, contenus dans certaines roches, le CO₂ gazeux se transforme en minéraux carbonatés − en pierre, autrement dit. « La carbonatation minérale garde le CO₂ sous une forme stable, inerte, et ce, indéfiniment », mentionne Louis-César Pasquier.

L’autre avantage, c’est qu’il n’y a pas besoin d’enfouir le CO₂ pour le carbonater : il suffit de le mettre en contact avec de l’eau et des roches de surface, par exemple des déchets miniers. Mais la magie opère aussi avec des résidus de béton ou des scories d’aciérie. On fait ainsi d’une « pierre » deux coups : on séquestre le gaz carbonique et l’on valorise des déchets. « C’est de l’économie circulaire! On crée des matériaux qui peuvent être valorisés dans le génie civil, en remplacement du ciment dans la construction, fait observer le chercheur, qui s’est associé à l’entreprise ECO2 Magnésia pour produire de l’oxyde de magnésium à partir de résidus de mines d’amiante. À terme, on pourra aussi utiliser le CO₂ pour fabriquer des plastiques et des carburants. Cela demande encore trop d’énergie, mais dans des endroits comme le Québec, avec l’hydroélectricité, ça pourrait devenir intéressant. »

Faire du CO₂ une richesse plutôt qu’un rebut est assurément une voie d’avenir. Elle séduit ceux qui estiment que le stockage géologique revient à « cacher les miettes sous le tapis » en permettant aux compagnies pétrolières et autres industries polluantes de prolonger leurs activités et de retarder la transition énergétique. À cela, les chercheurs répondent tous la même chose : aucune de ces solutions ne suffira à elle seule ; tous les moyens possibles doivent être mis en œuvre, au premier rang desquels la réduction des émissions. « Ce n’est pas avec une seule méthode qu’on va régler le problème. Il faut trouver des solutions à l’échelle du défi », résume Louis-César Pasquier.

Une goutte dans l’océan

Et justement, c’est en parlant d’échelle que le bât blesse. La plupart des installations actuelles de CSC ou de carbonatation sont de taille modeste ou ne sont que des projets pilotes. Pour que la CSC ait un effet sur le climat, il faudrait un immense saut d’échelle : selon l’AIE, pour suivre les recommandations du GIEC, de 30 à 60 lieux de stockage devraient être mis en service chaque année jusqu’en 2050. Et pour passer au volet des émissions négatives, ce nombre devrait être doublé à partir de 2050. Les efforts actuellement déployés reviennent à vider la mer à la petite cuillère : on capture 40 millions de tonnes de CO₂ annuellement, mais on en relâche 1 000 fois plus.

Pour les détracteurs de la CSC, le danger est grand de compter sur des technologies aussi incertaines pour nous sortir de la crise climatique. Dans leurs scénarios de transition, le GIEC et l’AIE proposent des options dans lesquelles la CSC joue un rôle plus ou moins important, mais jamais nul. Idem pour l’Institut canadien pour des choix climatiques, qui a envisagé 60 trajectoires (faisant en partie appel à la CSC) vers la carboneutralité du Canada dans un rapport paru début 2021.

Dans un article publié en mai dernier dans Nature Communications, deux chercheurs en développement durable, Lorenz Keyßer (École polytechnique de Zurich) et Manfred Lenzen (Université de Sydney), dénoncent ce pari hasardeux et « spéculatif ». Plutôt que de se reposer sur des technologies non éprouvées à grande échelle, ils proposent un modèle prônant la décroissance, c’est-à-dire la fin de la croissance économique infinie, insoutenable avec des ressources finies, pour atteindre les objectifs du GIEC avec plus de probabilité. « La décroissance devrait être considérée, et débattue, au moins aussi sérieusement que les voies technologiques risquées sur lesquelles les politiques climatiques traditionnelles se sont appuyées », notent-ils.

Pour Dale Beugin, l’avenir de la CSC dépend surtout de sa rentabilité. « Dans nos 60 scénarios, on a joué avec différentes hypothèses concernant la baisse des prix de la CSC. Avec des politiques audacieuses, les coûts pourraient diminuer », dit-il. L’élément clé : le prix du carbone, c’est-à-dire la tarification des émissions (par exemple faire payer les pollueurs pour chaque tonne de CO₂ rejetée). Pour l’instant, la capture d’une tonne de CO₂ (l’étape qui représente 80 % des coûts de la CSC) coûte de 15 à 120 $ US selon le taux de dilution du CO₂ dans les flux de gaz récupérés. Trop cher au regard d’une taxe sur le carbone timide sur tous les marchés.

« Il faut mettre en œuvre des mécanismes financiers permettant aux industriels d’investir dans les technologies innovantes pour le climat, déclare Isabelle Czernichowski-Lauriol. Mais je pense que la principale limite est le manque de reconnaissance de ce type de puits de carbone et le manque de volonté pour passer à l’action. » Là-dessus, tout le monde s’entend.

 

Illustration en ouverture du reportage: François Berger