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Le stockage géologique du CO2

Effet de serre

Une voie nouvelle, le captage du gaz dès sa source de production et son stockage dans le sous sol, apparaît comme une solution prometteuse pour faire face au risque de changement climatique. Des percées scientifiques majeures sont attendues dans ce domaine.

Retour au sommaire "Capter et stocker le CO2"

Cadres Bleus

+ Durée et fiabilité du stockage
+ Les différents modes de stockage

 

Durée et fiabilité du stockage

Une fois capté et acheminé, le CO2 doit être injecté et stocké dans des roches poreuses souterraines. La roche couverture - couche géologique imperméable composée essentiellement d'argiles ou de sel - assure l'étanchéité du réservoir, empêchant toute remontée du CO2 en surface.

Il s'agit de couvrir non seulement la durée pendant laquelle les combustibles fossiles resteront disponibles (1 à 2 siècles) mais aussi la durée du cycle océanique (environ un demi millénaire). En effet, il faut prendre en compte le cycle du carbone qui est régi par deux échanges : l'échange entre l'atmosphère et l'océan et celui entre la biosphère et l'atmosphère. Si les échanges avec la biosphère se font sur des échelles décennales, le cycle de l'océan s'étend sur plusieurs siècles. Une stabilisation des teneurs en CO2 dans l'atmosphère impose donc de conserver le CO2 dans le sous-sol sur des durées compatibles avec le cycle océanique. Par mesure de précaution, on envisage des solutions qui permettent d'effectuer le stockage sur des périodes pouvant atteindre des milliers d'années.

La fiabilité du stockage sur une longue durée constitue un enjeu primordial. Cette solution doit démontrer qu'elle est un moyen efficace de lutte contre le changement climatique (temps de rétention du CO2 suffisant) et qu'elle ne cause aucun dommage à l'environnement local. Seuls les sites présentant toutes les garanties relatives à la sécurité seront choisis. Pour ce faire, il faut disposer d'outils fiables de modélisation du devenir du CO2 stocké, et de techniques de gestion et de surveillance suffisamment sensibles, permettant de détecter toute remontée éventuelle de COafin de mettre en place les mesures correctives. IFPEN a lancé des programmes de recherche ambitieux sur ces thèmes.

IFPEN  étudie la fiabilité du stockage dans les gisements de pétrole

Démontrer que le CO2 peut être stocké de manière durable et sûre est un point fondamental. Pour analyser et évaluer les risques de fuite, IFPEN modélise le comportement du stockage dans le temps et dans le cadre de scénarii provoquant une rupture d’étanchéité (endommagement de l'intégrité des puits ou des réservoirs, réactivation de failles, etc.). Ces modèles prennent notamment en compte les interactions géochimiques entre le CO2 et la roche réservoir. Des méthodes de surveillance sismique sont également à l'étude dans le but de pouvoir contrôler l’extension de la bulle de gaz stocké ainsi que l’intégrité de la couverture.

IFPEN  a développé le logiciel Coores™ qui modélise les voies possibles de migration du CO2 dans le sous-sol, en prenant en compte la structure géologique du stockage et les interactions géochimiques entre le CO2 et les structures minérales rencontrées. Le modèle du sous-sol ainsi construit permet d'estimer l'injectivité, la propagation du CO2 dans le sous-sol, l'impact des transformations géochimiques et géomécaniques sur l'étanchéité des couvertures et des puits. Ces informations sont cruciales pour juger de la sécurité du stockage à moyen et long terme.

Les différents modes de stockage

Trois modes de stockage sont envisagés :

- Le stockage dans des gisements d’hydrocarbures (pétrole et gaz) épuisés , soit un potentiel de 920 Gt (milliards de tonnes). Cette option est intéressante puisque ces structures ont constitué des pièges à hydrocarbures étanches pendant des millions d'années et que ce milieu géologique est relativement bien connu. L'injection de CO2 permet, dans le même temps, d'améliorer la récupération du pétrole en place dans les gisements. Néanmoins, leurs capacités sont limitées et souvent très éloignées des installations industrielles.
Des opérations de stockage dans des gisements de pétrole abandonnés sont déjà en cours dans le cadre d’expérimentations en grandeur réelle.

Collaboration Total-IFPEN pour le projet de stockage de CO2  de Lacq

Le pilote Total à Lacq est la première opération en France de démonstration de la chaîne complète du processus de captage du CO2 par oxycombustion jusqu’au stockage souterrain dans l'ancien gisement de gaz de Rousse à une profondeur de 4500 mètres.

Dans le cadre de la collaboration avec Total, IFPEN participe à la préparation et au suivi des opérations de stockage, ainsi qu'à la compréhension des différents processus physico-chimiques mis en jeu : caractérisation de la formation rocheuse (propriétés pétrophysiques, réactivité de la roche en milieu acide...), validation et amélioration des outils de modélisation (modélisation thermodynamique, modélisation géochimique, modélisation couplée chimie-transport), participation à la surveillance du site de stockage (outils de monitoring géochimique).

En savoir plus : Dossier du pilote de Lacq (site web de Total)

- Le stockage dans les veines de charbon non exploitées , dont le potentiel est beaucoup plus réduit (5 à 150 Gt). La capacité du charbon à "adsorber", c'est à dire à retenir préférentiellement le CO2 à la place du méthane naturellement présent dans le charbon, constitue un mécanisme de piégeage intéressant. Mais cette option est limitée par la porosité et la perméabilité qui restent faibles, d'où la nécessité d'un nombre important de puits d'injection et de production.

- Le stockage dans les aquifères salins profonds . Ce sont des réservoirs d’eau salée non potable, situés à de grandes profondeurs, qui représentent le plus gros potentiel en matière de capacité de stockage (400 à 10 000 Gt). Bien qu'étant mieux réparties à la surface du globe que les gisements d'hydrocarbures, leur structure et leur capacité à piéger durablement le CO2 sont plus mal connues. Un effort important de recherche doit donc être engagé pour apprécier leur potentiel en terme de stockage géologique et leur capacité à confiner le CO2 sur le long terme.

IFPEN  participe au premier démonstrateur français de stockage du CO2

IFP Energies nouvelles participe au projet France Nord, sélectionné en 2010 par l’ADEME via son Fonds démonstrateur de recherche. D’une durée de cinq ans, ce projet sélectionnera un site approprié dans le nord de la France, susceptible d’accueillir les émissions de CO2 concentrées des industries des régions du nord de la France. Aux côtés de ses partenaires industriels et de recherche, IFP Energies nouvelles intervient sur l'ensemble de la problématique du stockage de CO2 dans des aquifères salins profonds : sélection du site, stratégie d'injection, évaluation des risques et monitoring. Il contribuera ainsi au choix d'un lieu de stockage où toutes les conditions de sécurité et de pérennité seront garanties.

Le potentiel de stockage

Globalement, le potentiel mondial de stockage de CO2 semble être à la hauteur des quantités émises. Il dépend, cependant, de l'option de stockage qui est choisie. Pour les gisements d'hydrocarbures et les veines de charbon, les régions du monde aux plus fortes émissions ne sont pas forcément celles où le potentiel de stockage est le plus important. Le CO2 devra être alors acheminé sur de longues distances. S'agissant des aquifères salins, leur potentiel est beaucoup plus important et ils sont présents à peu près partout dans le monde. Mais c'est là aussi que résident les plus grandes incertitudes, notamment sur l'étanchéité, et, par conséquent, les défis technologiques les plus importants.

 Les différentes options pour stocker le CO2

La chaine de captage-stockage du CO2
+ Les clés pour comprendre > Hydrocarbures, CO2 et effet de serre
+ Zoom : Stockage du CO2 dans le sous-sol par Philippe Delaplace, chercheur à IFPEN [Janvier 2009]
+ Dossier : Captage et stockage géologique du CO2 - Accélérer le déploiement [Novembre 2009]

Liens utiles :

>> ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie)
>> AIE (Agence Internationale de l'Energie)
>> BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières)
>> Geogreen

En savoir plus...
Le captage du CO2

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Des technologies pour réduire les émissions de gaz à effet de serre

Fabrice LECOMTE, Paul BROUTIN, Etienne LEBAS

Editions Technip
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