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Stockage du CO2 dans le sous-sol

Stockage du CO2 dans le sous-sol
janvier 2009

Si le stockage souterrain du CO2 est une technologie jugée prometteuse pour réduire les émissions provenant des grandes installations industrielles (centrales thermiques, cimenteries, aciéries, etc.), il n'en suscite pas moins une question légitime : « Que devient le CO2 injecté dans le sous-sol ? ».

Philippe Delaplace, chercheur à IFPEN nous répond.

Philippe Delaplace
  • Où envisage-t-on de stocker le CO2    ?

Ph.D . : Le CO2 pourra être stocké dans d'anciens gisements de pétrole ou de gaz naturel ayant déjà fait la preuve de leur étanchéité et dont la mise en production a suffisamment fait baisser la pression interne.
 Il sera donc possible de les "regonfler" avec du CO2 jusqu'à une pression un peu inférieure à leur pression d’origine. Il est également envisagé de stocker le CO2 dans des aquifères salins, formations géologiques remplies d'eau salée impropre à la consommation, situées entre 800 et 3000 mètres de profondeur.
 Dans ces deux cas, le CO2 sera injecté dans une roche de type "réservoir" c'est-à-dire une roche poreuse et perméable (grès ou calcaire) surmontée d'une formation géologique étanche (argileuse ou argilo-calcaire) appelée roche "couverture".

  • Comment choisir les meilleurs sites ?

Ph.D . : Cela suppose de bien connaître la géologie des sites envisagés mais aussi la composition minérale et les propriétés des roches « réservoir » et « couverture ».
 Le choix ultime des sites reposera sur des simulations numériques comparatives permettant de tester différents scénarios d’injection. De telles simulations peuvent déjà être réalisées à l’aide d’un logiciel spécialement développé à IFPEN : Coores™, logiciel qui intègre les lois d’écoulement en milieu poreux (plusieurs fluides pouvant s’écouler simultanément) et les lois de la géochimie (interactions Eau ↔ CO2 ↔ Roche). Cet outil permet d’optimiser la phase d’injection en prenant en compte la problématique débit/pression mais il peut aussi rendre compte du comportement du CO2 à moyen et à très long terme.
 L’étude des gisements naturels de CO2 nous aide également à mieux comprendre le comportement à long terme du CO2 et à identifier les cas les plus favorables à son confinement du point de vue de la géochimie.

  • Mais que devient le CO 2  une fois injecté dans le sous-sol   ?

Ph.D . : Le CO2 est comprimé et injecté sous forme dite « supercritique » (température supérieure à 31 ° et pression supérieure à 73 bar) c’est-à-dire avec des propriétés idéales pour être transporté (viscosité d’un gaz) et stocké (densité d’un liquide). Ceci dit, avec une densité d’environ 0,5, il reste sensiblement plus léger que l'eau salée présente dans l'aquifère; il va donc remonter, à la verticale d’abord puis le long du toit de l’aquifère, pour venir s'accumuler sous la roche « couverture ». On parle alors de piégeage structurel. Mais en remontant, une partie du CO2 reste piégée dans la roche réservoir sous forme de petites bulles coincées dans les pores : c'est le piégeage capillaire. Plus le CO2 initial parcourra de distance avant d’être stoppé par un obstacle naturel et plus la part du piégeage capillaire sera importante.
 Au cours du temps, ce CO2 piégé dans la roche réservoir va se dissoudre peu à peu dans l'eau. C'est le piégeage par dissolution. L'eau chargée en CO2 dissous (jusqu'à 44 g par litre), plus lourde que l'eau environnante, va donc migrer au fond du réservoir. Des réactions chimiques avec la roche transformeront alors ce CO2 dissous en minéraux carbonatés. On parle de piégeage minéral mais ceci concerne une échelle de temps de plusieurs milliers d’années.

Picto Flash

 

  • Malgré toutes les précautions prises, y a-t-il des risques de fuite ?

Ph.D . : Rappelons d'abord que le CO2 fait partie des grands acteurs de la biochimie terrestre et, qu'aux teneurs habituellement rencontrées, il n'est absolument pas dangereux. Il contribue à l'effet de serre, phénomène naturel sans lequel la température moyenne sur terre serait non pas de 15° mais de -18°C ! Le problème actuellement est qu'il est produit en beaucoup trop grande quantité par les activités humaines (combustion du pétrole, du gaz et du charbon). Rappelons aussi que la plupart des gaziers - dont GDF SUEZ en France - stockent en toute sécurité du gaz naturel dans le sous-sol, en général durant l’été, pour le re-extraire une fois l’hiver venu.
 Seule une fuite massive pourrait avoir un impact sur la sécurité des personnes. Mais un tel risque paraît improbable : le CO2 stocké en profondeur ne devrait pas se libérer soudainement par le milieu naturel et franchir les couches géologiques imperméables qui le séparent de l'atmosphère. De plus, des dispositifs de surveillance rigoureux seront mis en place ; nous aurons le temps de réagir et de prendre les mesures correctives nécessaires au moindre mouvement anormal.
 Enfin, nous avons vu que la sûreté du stockage augmente naturellement avec le temps. En maximisant le piégeage capillaire au détriment du piégeage structurel, on minimise le risque de remontée accidentelle dans les premiers temps du stockage. On privilégiera donc les sites ou/et les scénarios qui favoriseront une dissolution rapide du CO2 dans l’eau salée des aquifères.

+ Les clés pour comprendre > Hydrocarbures, CO2 et effet de serre
+ Les grands débats > Comment lutter contre l'effet de serre ?
+ Notre engagement dans la recherche > Nos collaborations > IFPEN et l'Europe > Les projets européens > Projets portant sur le CO2
+ Zoom : Les technologies de captage et stockage géologique du CO2

Claude Mabile, Directeur adjoint du Centre de Résultats Exploration-Production à l'IFP fait le point sur ces technologies. [Avril 2008]

+ Actualités > Communiqué de presse : Modélisation du stockage géologique de CO2 - Partenariat entre l'IFP et le BRGM (6 Janvier 2009)
+ Zoom : Changement climatique - Les technologies de captage du CO2

François Kalaydjian, directeur des technologies durables à IFPEN, explique en quoi consiste le captage du CO2 et quels sont les développements technologiques en cours pour en diminuer les coûts. [Janvier 2010]  

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