Projet Ultimate CO2 : une meilleure compréhension des risques à long terme du stockage de CO2

La conférence de clôture du projet européen UltimateCO2 a eu lieu les 28 et 29 octobre. Ce projet a permis d'étudier les processus de long terme associés au stockage géologique de CO2 par des approches innovantes, afin de permettre d'établir les conditions de sécurité d'un stockage sur un horizon pouvant atteindre plusieurs milliers d'années. Cette technologie est en effet identifiée comme clé pour pouvoir respecter les engagements européens et nationaux de réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Le BRGM (Bureau de recherches géologiques et minières) a coordonné depuis quatre ans le projet européen UltimateCO₂ (Understanding the long-term fate of geologically stored CO2), qui regroupe 12 partenaires (instituts de recherches, universitaires et industriels) et un panel d’experts, sur financement européen (7^e PCRD). Au coeur du projet, des calculs numériques ainsi que des observations en laboratoire ou sur analogues naturels, afin d’améliorer les connaissances sur les principaux effets à long terme du stockage géologique de CO₂.

Une expérience a notamment été menée à échelle réelle sur le laboratoire expérimental de Mont Terri (Suisse), avec une couverture argileuse étudiée depuis plusieurs années. Objectif : analyser le comportement des puits, considérés comme des voies de fuites potentielles. Le concept était de reproduire une section d’un puits soumis à des contraintes similaires à celles d’un puits profond soumis à un stockage de CO². Plusieurs paramètres ont été testés: une augmentation de température et de pression liée à la profondeur, et la mise en contact avec une eau acidifiée par du CO2 dissout pendant un an. En dehors du paramètre de pression, les résultats montrent plutôt une augmentation de l’étanchéité du puits dans ces conditions.

Des tests ont également été menés concernant la roche couverture, située au-dessus d’un stockage et dont l’imperméabilité permet de contenir le CO₂. Les roches couvertures possiblement faillées ou fracturées peuvent présenter des risques de fuite. Les expérimentations ont consisté dans un premier temps à dégrader des roches argileuses, mécaniquement ou chimiquement, comme elles pourraient l’être sur le long terme en présence de CO₂. Dans un second temps, les échantillons sont conduits jusqu’à la rupture afin d’évaluer leurs propriétés de résistance mécanique et d’écoulement. Or, les observations ont montré que l’imperméabilité de ce type d’argile dans les conditions étudiées restait assurée malgré la dégradation.

Ces expériences ont été complétées par des modélisations numériques, permettant notamment de simuler l’évolution du réservoir géologique jusqu’à 10 000 ans, avec une incertitude modérée sur des horizons de 100 ans mais plus importante sur des horizons de 1000 ans.

Pas de seuil critique atteint sur les conditions de stockage

Les modèles ont tout d’abord confirmé dans les cas étudiés que les impacts du stockage du CO₂ à long terme sont faibles : pas de seuil critique atteint en termes de pression et de réactivation de failles et une évolution des flux de CO₂ vers une situation stable.

Les simulations ont par ailleurs montré que, dans certains cas, une quantité importante de CO₂ peut rester piégée sous forme gazeuse à l’horizon de 1000 ans. Le CO₂ peut en effet changer de nature au cours du temps, soit en se dissolvant dans l’eau (comme dans une bouteille d’eau pétillante), soit en précipitant avec les roches. Or, dans les différents cas étudiés, on estime qu’au minimum 30% du CO₂ reste sous forme gazeuse. Le risque de remontée de ce gaz reste donc présent sur le long terme, d’où la nécessaire imperméabilité du puits et de la roche couverture comme dans les accumulations naturelles de CO2. L’originalité du projet a enfin porté sur l’élargissement de l’étude des processus du réservoir à l’échelle du bassin sédimentaire. En effet, sur le long terme, un impact potentiel au-delà des zones de stockage n’est pas à exclure.

Où en est le stockage du CO2?

L’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime que le captage et le stockage de CO₂ devra contribuer à hauteur de 13% à l’effort de réduction des émissions de gaz à effet de serre nécessaire d’ici 2050 pour parvenir à limiter le réchauffement climatique à 2°C. Cette technologie a fait l’objet en 2005 d’un rapport spécial du GIEC, lui reconnaissant un rôle clé à jouer là où l’usage des énergies fossiles reste nécessaire au développement. L’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (Ancre) a également souligné le caractère incontournable de cette solution de lutte contre le réchauffement climatique dans ses Scénarios pour la transition énergétique, publiés en 2013. Pour que son déploiement généralisé puisse s’effectuer le plus rapidement possible, il est nécessaire d’accroître les connaissances et démonstrateurs sur les contextes géologiques propices et la surveillance des sites de stockage.

Il y a actuellement dans le monde 15 projets de capture et stockage du CO₂ de taille industrielle en exploitation, 7 autres en cours de construction et 11 en conception. Ils démontrent qu’il est possible de capter le CO₂ émis par des installations industrielles (centrales à charbon, usines de traitement du gaz naturel, usines sidérurgiques, cimenteries…) pour le stocker dans des aquifères salins profonds ou dans des réservoirs d’hydrocarbures épuisés. A ce jour, les quantités de CO₂ déjà stockées sont de l’ordre de 50 Mt. Cela correspond seulement à 0,06% des 90 Gt visés par l’AIE d’ici à 2050. D’où l’effort considérable qu’il reste à accomplir pour déployer cette technologie sur quelques milliers de sites dans le monde. Cet objectif ambitieux nécessitera un cadre économique incitatif avec notamment un marché du CO₂ fort.

En-dehors de la récupération assistée de pétrole, on peut envisager de coupler le stockage du CO₂ avec les énergies renouvelables comme la géothermie ou la filière biomasse pour générer des bilans carbone négatifs.

Source : brgm