Capture et stockage du carbone : le «technosolutionnisme» avance à grands pas …

La dernière COP, conférence des parties sur les changements climatiques a placé le projecteur sur la capture et le stockage du carbone. Les initiatives menées depuis près de vingt ans commencent à porter leurs fruits.

L’idée est dans l’air depuis au moins deux décennies … Elle a fait l’objet d’une communication ministérielle mi-2023 … Elle a été évoquée, façon chiffon rouge, lors de la dernière conférence des parties (COP) à Dubaï …

La capture et la séquestration du carbone fait son petit bonhomme de chemin. Essayons de dresser un état des lieux.

En bonne logique, les ingénieurs et techniciens devraient éviter de jouer les « incroyables hommes des "non" » à l’évocation de la chasse au CO₂ dans l’atmosphère. Tous connaissent les volumes considérables de dioxyde de carbone rejetés par les activités humaines et mesurés depuis le milieu du XVIIIe siècle.

Capturer et stocker le carbone autrement qu’avec la Biodiversité : le technosolutionnisme

Rappelons quelques données, toutes émissions de gaz à effet de serre et exploitation des terres confondues :
- en 1850, les émissions affichent 4 billions (4 000 milliards) de tonnes de gaz à effet de serre (CO₂, méthane, dioxyde d’azote, y compris l’utilisation des terres ; ces données sont rassemblées ci-après : Cliquez ici 
- en 1900, le volume a doublé : 8,2 billions de tonnes ;
- la barre des 10 billions de tonnes est franchie en 1912 ;
- une accélération est sensible à partir de 1940 : 13,45 Bt CO₂ eq ;
- l’accélération est nette à partir de 1945 : 16, 13 Bt CO₂eq en 1950, 22,28 Bt CO₂eq en 1960, 27,6 Bt CO₂eq en 1970 ; 32,95 Bt CO₂eq en 1980 ; 37, 86 Bt CO₂eq en 1990 ; 41,34 Bt CO₂eq en 2000 ; la barre des 50 Bt CO₂eq est franchie en 2010 (50,27 exactement) ; et les 54,59 Bt CO₂ eq ont été atteints en 2021.

Trois quarts de ces émissions sont constitués de CO₂. À noter que l’augmentation mondiale des émissions de gaz à effet de serre est de pratiquement 60% depuis 1990 (contre environ -25% en Europe). À ce titre, la Chine et l’Asie (hors Chine et Inde) sont les plus importants émetteurs de gaz à effet de serre depuis les années 2000. La Chine a émis 13,7 Bt CO₂eq en 2021 contre 8,2 Bt en 2001 … date de son entrée dans l’Organisation mondiale du commerce.

Parallèlement, la température à la surface du globe a progressé depuis 1850 : +0,12°C en 1900, +0,35°C en 1945, +0,5°C en 1960 ; +0,8°C en 1980 ; +1,13°C en 2000, +1,34°C en 2010, +1,61°C en 2021 … To be continued.

On le sait depuis les études menées depuis plus de 50 ans sur les composants de l’atmosphère : les dioxydes de carbone, dioxydes d’azote et méthane, principaux gaz à effet de serre, sont infinitésimaux dans la composition de l’air sec. Le CO₂ y est présent à raison de 0,04%. Souci notable : ce gaz a été estimé à raison de 280 ppm (parties par million) avant l’ère industrielle ; il est aujourd’hui présent à environ 415, 420 ppm. Les plus optimistes souhaitent un retour aux environs de 320 ppm.

L’insoluble équation « carbone »

L’idée de réduire les émissions de gaz à effet de serre, pour limiter les effets de réchauffement, est apparue très tôt. Mais elle a été contrariée par divers phénomènes tant sociaux que démographiques ou industriels. Ainsi, de 2 milliards en 1930, la population mondiale est passée à 4 Mds en 1974, 6 Mds en 2000 et 8 Mds en 2022. Tout ce petit monde veut manger, être logé, se chauffer – ou se rafraîchir – et se mouvoir …

Et globalement, les niveaux de vie tendent à s’élever. Pour parvenir à servir cette population, les industries se sont développées pour répondre à la demande à l’avenant. De fait, la courbe de la population mondiale, celle des émissions de carbone et de la température de la planète progresse de concert … On en connaît qui prétendent que c’est totalement fortuit.

L’idée de décarboner les activités n’est ni idiote, ni neuve … sauf que cela ne va pas de soi. Produire des véhicules électriques ou des centrales nucléaires nécessite du carbone. La production de ciment bas carbone n’est pas encore suffisante pour mélanger tout le béton du radier ou de l’enceinte de confinement des futurs EPR. Et il faudra des métaux de très haute qualité que l’industrie sidérurgique n’est pas encore capable de produire sans le charbon ou autres énergies fossiles – on pense au fuel des engins pour extraire les métaux. Si on poursuit l’examen, on s’aperçoit que ce sujet de la décarbonation bute sur l’adage populaire : l’aspirateur n’a pas fait disparaître le balai !
Plus sérieusement, ce 12 Janvier est parue une histoire de l’énergie, « Sans transition », écrite par Jean-Baptiste Fressoz. Sa lecture pourrait être éclairante sur ce sujet, et une fiche de lecture dans Xpair sera indispensable.

Évidemment, pour tous ceux qui souhaitent associer décarbonation et changement de comportement des sociétés, l’idée de passer aussi par un « technosolutionnisme » qui permettrait d’extraire l’excédent de CO₂ de l’atmosphère est assimilable à une hérésie.

L’idée est pourtant louable. Restons dans la métaphore ménagère.
Imaginons un logement où on aurait laissé poussières et « moutons » s’accumuler sur les sols et les meubles pendant des décennies. On convoque deux entreprises de ménage. L’une propose de laisser les choses en l’état, et, pour continuer d’y vivre, les résidents devront réduire leurs entrées et sorties, bouger moins … De cette manière, la production de poussières se poursuivra à un rythme moindre et les effets – esthétiques, respiratoires … – pourraient être supportables. L’autre proposera de nettoyer et de remettre les surfaces au net. Que choisirait-on ?

Captage et stockage intéressent l’industrie en France

Engagées depuis des années, les démarches de décarbonation ne rencontrent pas de succès flagrant. Pour autant, la réglementation demande de mettre en œuvre des volumes conséquents de rénovations thermiques, et les résultats ne sont pas à la hauteur, tant en volume qu’en qualité.

Face à cela, les solutions techniques de capture de carbone sont encore jeunes et peu convaincantes. Ces techniques sont diverses. Il peut s’agir de systèmes d’absorption directe (aspiration-filtration) directe de l’air pour en extraire le CO₂, comme cela est expérimenté en Suisse ou au Canada, ou de test de captage en sortie de cheminées d’usines émettrices de CO₂ pour le piéger et le convertir. C’est dans l’esprit de cette dernière solution qu’a été mené le projet FastCarb pour l’industrie du béton en France : les fumées d’une cimenterie passent à travers un lit de béton recyclé et concassé pour exploiter les propriétés de carbonatation accélérées du matériau.

Il existe aussi des projets de capture du CO₂ en sortie d’usine pour un acheminement par « carboducs » vers de lointains sites d’enfouissement (forages pétroliers, cavités salines, …). Les résultats sont décevants, la promesse d’une rétention durant plusieurs décennies étant parfois trahie par une remontée rapide depuis les tréfonds.

Cependant, face à l’évolution des émissions de carbone, la démarche séduit. L’an dernier, dans le cadre de France 2030, les ministères de la Transition énergétique et de l’Industrie ont présenté la stratégie nationale relative au captage, stockage et utilisation du CO₂. Les grands sites industriels (Dunkerque, Le Havre, Fos-sur-Mer, Lacq, l’estuaire de la Loire, …) sont les premiers intéressés parmi les 50 sites visés.
Des campagnes d’exploration de stockage étaient programmées pour fin 2023. Ainsi, à partir de 2030, 4 à 8,5 Mt CO₂ pourraient annuellement être retirés des 385 Mt CO₂ émis par la France (chiffre 2022). La valorisation de ce déchet en ressource d’énergie – en e-carburant pour l’aviation ou les bateaux – est aussi mentionnée.

Au niveau mondial, plusieurs projets se sont fait remarquer dans le domaine du DAC, pour Direct Air Capture : il faut citer Carbon Engineering, Global Thermostat, le projet CarbFix islandais et l’entreprise suisse Climeworks et son système Orca. La liste n’est pas exhaustive.

Les entreprises de pointe cumulent les expériences

Climeworks est une société industrielle qui promeut la capture de dioxyde de carbone et sa capture dans le sous-sol, en Islande, avec une promesse de rétention de 10 000 ans. Elle a bénéficié en 2020 d’une levée de fonds de 92 M€. La technique emploie d’énormes ventilateurs et filtres Orca, placés en pleine nature et d’une emprise au sol de moins de 2 000 m² et capables de retenir 4 000 t CO₂ par an. Soit l’efficacité de 200 arbres. Pour réduire son empreinte énergétique, l’entreprise demande un emplacement proche d’énergies renouvelables pour alimenter son installation. Le CO₂ est collecté sur des filtres. À saturation, les filtres sont chauffés à 100°C pour extraire le gaz et ensuite le minéraliser dans un matériau nommé le Carbofix.

En 2022, cet industriel a inauguré une deuxième implantation, dite Mammoth, toujours en Islande et située près de l’unité de géothermie de Hellisheidi. Elle affiche une capacité de 36 000 t de CO₂/an. L’entreprise se finance en vendant aux industriels émetteurs, grands et petits, des « paquets » de CO₂ éliminés pour un montant minimal de 2 600 €. À noter que fin 2022, Airbus a apporté son soutien financier à cette entreprise dans le cadre du développement de carburants de synthèse pour l’aviation.

Carbon Engineering et l’industriel 1PointFive, des entreprises canadienne et américaine, développent une solution de capture direct du carbone dans l’air associé à un procédé de conversion intermédiaire. Cette technologie a été mise au point avec des chercheurs de l’université de Harvard. L’installation pilote mise au point en 2015 à Squamish, en Colombie Britannique (Canada), affichait une capacité de capture de 1 t CO₂ par an.

Le dioxyde de carbone piégé sur les filtres d’énormes ventilateurs est dirigé vers un réacteur ou il est précipité, par contact avec de l’hydroxyde de calcium, en granulés de carbonate de calcium (de la craie). Ce matériau est ensuite chauffé pour relarguer le CO₂ qui peut être utilisé pour produire un e-carburant (par exemple en le synthétisant avec de l’hydrogène issu d’électrolyseurs alimentés par énergies renouvelables), des matériaux (plastiques, composant du béton) ou le stocker en sous-sol. Le chauffage permet aussi de récupérer l’hydroxyde de calcium initial pour le réinjecter, en circuit fermé, dans le réacteur décrit plus haut. L’avantage de cette technologie est de produire un CO₂ pur et adapté à toutes sortes d’usages industriels. Une installation d’une capacité de 500 000 t CO₂/an, dite Stratos, est programmée par 1PointFive pour mi-2025 à Ector County, au Texas.

Entreprise américaine fondée en 2010 et basée dans le Colorado, près de Denver, Global Thermostat pratique aussi la capture et la restitution de CO₂ pour sa réutilisation. Mais elle se distingue des précédentes entreprises par la modularité des installations – du kilotonne au mégatonne – et son économie de fonctionnement par une restitution du CO₂ par chauffage basse température. Global Thermostat prépare actuellement l’installation d’une unité d’une capacité de 100 000 t CO₂/an financée par le département américain de l’énergie. Par ailleurs, en Mai 2023, l’entreprise a annoncé la création d’une filiale japonaise ainsi qu’une collaboration avec l’industriel local Sumitomo. Cette dernière initiative a pour but la création d’une ligne de production d’unités de capture directe et de stockage de CO₂ à vocation mondiale, de même que la production de carburants de synthèse à partir de CO₂.

L’expérience islandaise en matière de géothermie confère des connaissances spécifiques sur le sujet particulier de la minéralisation du dioxyde de carbone stocké en sous-sol. L’entreprise locale Carbfix développe un procédé qui associe la récupération de carbone en sortie des industries et le mélange avec de l’eau. Le fluide est injecté dans le sous-sol basaltique, minéral de plus apte à piéger le CO₂ par carbonatation. L’entreprise travaille aussi à valider cette solution en mélangeant le CO₂ avec de l’eau de mer. Le but est de placer des installations près des dorsales océaniques, d’un très haut potentiel de stockage. Outre les projets en Islande, cette entreprise travaille aussi en Inde et au Kenya.

De sérieux efforts face à un problème énorme

Critiqué pour ses possibilités de « greenwashing » des compagnies pétrolières, ces initiatives recèlent des technologies récentes – beaucoup ont une expérience de moins de quinze ans – et d’un potentiel élevé, notamment en matière de développement de carburants alternatifs. Reconnaissons aussi qu’elles sont très capitalistiques et demandent aux investisseurs d’accepter un risque financier important.

Autre critique possible à ce jour : leur manque d’efficacité au regard de l’augmentation des volumes de gaz à effet de serre rejetés. Les projets actuels cumulent quelques millions de tonnes quand l’état des lieux se chiffre en billions de tonnes …

Néanmoins, la capture et la réutilisation du carbone passe progressivement de la rubrique « expérience sur un déchet » à celle de « nouvelle technologie » qui pourrait déboucher sur une nouvelle industrie. Ainsi, l’Institut de technologie fédérale suisse (ETH Zurich) a mis en ligne quelques projets de recherche sur l’amélioration des technologies sur la capture directe du CO₂ dans l’air - Cliquez ici

Sites à suivre

Climeworks : https://climeworks.com

Carfix : https://www.carbfix.com

Carbon Engineering : https://carbonengineering.com

1PointFive : https://www.1pointfive.com

Global Thermostat : https://www.globalthermostat.com

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À propos de l'auteur

Bernard Reinteau

Journaliste de la presse bâtiment depuis la fin des années 80, Bernard Reinteau est journaliste indépendant. Il a œuvré pour les principaux titres de la filière et se spécialise particulièrement sur les solutions techniques liées à la performance énergétique et environnementale des constructions et rénovations performantes. Il collabore principalement avec les plus grands titres et en particulier avec Xpair.

https://conseils.xpair.com/lettres_expert/bernard-reinteau.htm