Mieux comprendre le Captage et stockage du CO 2

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1 Programme SOCECO 2 Économie et Sociologie de la filière captage et stockage géologique du CO 2 Mieux comprendre le Captage et stockage du CO 2 Réalisation APESA avec l aide des partenaires du programme SOCECO 2 :

2 Fiche 1 Augmentation de la concentration de CO2 dans l atmosphère depuis l ère industrielle Rayonnement solaire CO2 CFC CH4 Emission de GES d origine humaine N2O Accumulation dans l atmosphère 3,5 CO2 Accumulation dans l atmosphère Effet de Serre additionnel 180 2,5 2 Réchauffement atmosphérique 120 8,1 Un constat : le réchauffement climatique Un gaz sur le devant de la scène : le CO2 Fiche 2 CO2 Fiche 3 CO2 Technologie d injection / extraction de fluides Méthanier / gazoduc Capture Technologie Exploitation Gazière / pétrolière = Technologie Stockage CO2 Stockage Une solution intermédiaire : le stockage de CO2 Fiche 4 Une technologie éprouvée? Fiche 6 Fiche 5 Surface Puits Surface / sol Mesures d inclinaisons, interférométrie satellite, mesures aéroportées Température, pression, étanchéité, analyse de matériaux Analyse microbienne, changement de végétation Avant Pendant Puits, réservoir, sol 1000m Interaction géochimique Gaz / roche Caractérisation des fuites / Mesures Transport Séismique (3D), micro séismicité, gravimétrie, électromagnétisme, electro potentiel, examen de résistance du puit 500 à 2000m > 1000m Capture Transport Opérations de construction Opérations de construction Stockage Opérations de forage Fuite de CO2 Fuite de CO2 Fuite de CO2 CO2 sous pression CO2 sous pression CO2 sous pression, Emission de composés de Opérations de maintenance Effets d impuretés, effets combustion (NOx, SOx ), physiques opération de capture, augmentation d activité Après Fuite de CO2 CO2 sous pression Surface / sol Analyse de l'eau et de gaz de production, traceurs, fluides de sous sols, mesures directes en surface Ou stocker le CO2? Les fuites Fiche 7 Les risques? Fiche 8 Fiche 9 4 projets EOR / canada Industriels Pouvoir public 50 projets gaz acides Instances internationales Matériaux Recherche Amélioration technologique Pilotes Captage / stockage Météorologie Puits, réservoir Environnement Risques Analyses Monitoring Sol Innovation et dynamisme technologique Diminution des coûts Etc Géophysique Moins de CO2 émis Retombées économiques locales Rangely Burlington Penn West Bellingham Cogen Weyburn Warrior run Mountainer In Salah West Pearl Queen Indo Gulf Fertilizer Activité pétrolière Règlementation Frio Luzhou NG In Salah Cerro Fortunoso 42 projets gaz acides Sumitomo Chemicals RITE/ ENAA Dakota GP Mitsubishi Nagasak Qinshuii Basin Boundary Dam IMC Global Energie Changement climatique Etc Teapot Dome 70 projets EOR / USA Alberta ECBM Shady Point Snohvit Snohvit K12B Sibilla Natuna Hokkaido Gorgon Nagaoka Latrobe Gorgon Sleipner Sleipner K12B Castor Castor Drym Hatfield CO2 SINK Esbjerg Captage Stockage Les coûts de la filière de stockage de CO2 Les principaux acteurs RECOPOL Source : IEA green / CSL forum Les projets de captage et stockage de CO2

3 Enjeux Un constat : le réchauffement climatique 1 L atmosphère de la Terre contient naturellement des Gaz à Effet de Serre (GES) qui participent au maintien d une température compatible avec le développement de la vie sur notre planète : sans eux, la température moyenne serait de -18 C à la surface terrestre. Il est actuellement reconnu que les activités humaines produisent un excès de GES* qui s accumule dans l atmosphère avec des conséquences diverses : perturbation des climats, élévation du niveau des mers, évolution de la biodiversité Les enjeux sont d autant plus importants que la communauté scientifique estime que même en diminuant nos émissions de GES d un facteur 4 par rapport à nos émissions de 1990, on ne pourrait empêcher un réchauffement climatique de l ordre de 2 C à l horizon de *les principaux gaz à effet de serre d origine humaine sont règlementés par le protocole de Kyoto : il s agit du dioxyde de carbone (CO 2 ), du méthane (CH 4 ), du protoxyde d azote (N 2 O) et des composés chlorés et fluorés (CFC, SF 6 ). Le réchauffement climatique par les émissions humaines Rayonnement solaire CO 2 ❶ Emission de GES d origine humaine CH 4 CFC N 2 O CO 2 ❷ Accumulation dans l atmosphère Effet de Serre additionnel ❸ Réchauffement atmosphérique Quelles solutions pour limiter le réchauffement climatique? Avant tout, pour éviter l accumulation dans l atmosphère de GES impliqués dans le réchauffement climatique, il est nécessaire de limiter leurs émissions. Dans le cas du CO 2, intimement lié à l utilisation d énergies fossiles, sont préconisées des actions à la source. Il s agit par exemple de sobriété énergétique et d utilisation d énergies ne produisant pas de CO 2 (énergies renouvelables, nucléaire ). Mais selon les projections des experts, le rythme de développement de ces énergies ne permettra pas de répondre rapidement aux besoins actuels, ni à l augmentation importante des besoins en énergie des pays en développement (Chine, Inde, Brésil ). Du coup, des solutions de traitement au point d émission, tel que le stockage de CO 2 sont des alternatives complémentaires intéressantes.

4 Un gaz particulier : le CO 2 Parmi les GES, le CO 2, est le plus important en terme de quantité et d impact global. Ce gaz produit essentiellement lors de la combustion des énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz),est rejeté dans l atmosphère en grande quantité par les activités humaines (transport, habitat et industrie). La quantité de gaz carbonique émise par les hommes (30 milliard de tonnes de CO 2 ) est pour la moitié piégée par la nature (biosphère et océans). Le reste s accumule année après année dans l atmosphère terrestre en perturbant les délicats mécanismes du climat. En un siècle, les concentrations de CO 2 dans l atmosphère ont augmentés de 31%. Ce chiffre va continuer d augmenter si l on se base sur les prévisions actuelles, qui estiment qu en 2030, 80% de l'énergie utilisée dans le monde sera, comme actuellement, d'origine fossile. Augmentation de la concentration de CO 2 dans l atmosphère depuis l ère industrielle Accumulation dans l atmosphère 3, , Le Cycle du CO 2 en 1997 Chiffres d émission / absorption en milliard de tonnes de carbone par an Source : BRGM. Le stockage du CO 2 est il une réponse adaptée à la lutte contre le réchauffement climatique? Dans le panel des solutions nécessaires pour répondre à l objectif "facteur 4", il est intéressant d inclure la solution de stockage du CO 2 comme une technologie de transition. La filière CSC (Captage et Stockage de Carbone) est une solution qui permettra dans les 50 à 100 prochaines années de nous laisser le temps de complètement "dé carboniser" l énergie que nous utilisons. Pour certains industriels, dont le procédé ne peut pas éviter de produire du CO 2 (sidérurgie, verrerie, cimenterie, usines pétrochimiques ), la CSC est la seule solution possible pour ne pas émettre des gaz à effet de serre dans le contexte technologique et économique prévisible Pour en savoir + - Le GIEC : Observations du réchauffement climatique et solutions préconisées compte tenu des connaissances actuelles et des projections ( - L AIE : Estimation de l utilisation future des énergies fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel) (

5 Captage / Transport /Stockage 2 Les 3 étapes du «stockage géologique» du CO 2 : Captage / transport / stockage Le captage et stockage du CO 2, (CSC) constituent une filière largement étudiée depuis quelques années au niveau international. Le principe est simple : il s agit de capter le CO 2 provenant d une source importante (fumées industrielles ou gaz naturel brut riche en CO 2 en sortie de gisement), de le concentrer, et de le transporter vers un site géologique adéquat pour son stockage, soit la combinaison de 3 étapes : ❶ Une étape de captage du CO 2 Concrètement cela veut dire : «installer à la sortie d une unité industrielle qui produit du CO 2 (aciérie, cimenterie, centrale de production d électricité.) un système qui permet de récupérer le CO 2 séparé des autres gaz issus de la combustion». ❷ Une étape de transport Le CO 2 gazeux occupant beaucoup de volume, le transport se fait souvent sous forme de CO 2 comprimé à quelques dizaines de bars. Le CO 2 passe alors dans un état très dense appelé état «supercritique» : il ressemble alors plus à un liquide qu à un gaz. Le transport peut se faire sur plusieurs centaines de kilomètres, soit par un tuyau soit par bateau dans les cas extrêmes. ❸ Une étape de stockage L étape de «stockage» à proprement parler consiste à séquestrer le CO 2 pendant plusieurs milliers d années avant qu il soit «dégradé» par voie naturelle. Les différentes solutions envisageables de stockage sont décrites sur la fiche n 4. CO 2 CO2 ❶ Capture ❷ Transport ❸ Stockage Schéma de principe (source : GIEC)

6 Capturer du CO 2 nécessite de l énergie et donc indirectement entraine des émissions de GES supplémentaires pour le captage, le transport Est-ce qu on y gagne vraiment? Comme montré ci-dessous, même si une émission additionnelle de CO 2 est créee pour mettre en place un dispositif de stockage (❶), globalement la quantité rejeté dans l atmosphère (barre orange) est bien plus petite dans le cas du stockage (Avec stockage, environ 90% du CO 2 n est plus envoyé dans l atmosphère!) (source : projet Castor / IPCC) Usine de référence CO 2 évité CO 2 Capturé ❶ CO 2 émis CO 2 capturé Usine avec Capture et Stockage CO 2 produit (kg/kwh) Pourquoi stocker du CO 2 plutôt que de s en resservir? Le CO 2 produit, peut être revalorisé sous certaines conditions (pureté, économiques ), notamment en tant que matière première dans l industrie chimique. Mais les besoins mondiaux, restent insignifiants puisqu ils représentent moins de 1% du CO 2 liés à l activité humaine. Du coup, faire de la capture sans stockage paraît incohérent, compte tenu des opportunités très limitées du recyclage du CO 2. L enjeu est donc bien d agir contre le «réchauffement climatique» en rendant au sous sol le carbone que l on a prélevé sous forme de pétrole, gaz naturel, ou charbon Pourquoi ne pas laisser faire les plantes pour éliminer le CO 2? La planète peut résoudre les problèmes de CO 2 naturellement, en plusieurs milliers d années! Les plantes absorbent du CO 2 par le biais de la photosynthèse (transformation du CO 2 atmosphérique en composés organiques) mais la durée de stockage dépend de la durée de vie de la plante. Un incendie de forêt entrainera par exemple en quelques minutes le rejet de tout le CO 2 capté au cours de la vie de la plante. De plus, dans certains cas, les émissions de gaz à effet de serre provenant de la végétation peuvent être plus importante que le gaz capté : lorsque la plante est soumise à un stress hydrique important, dans les forêts non entretenues où la dégradation végétale entraine des émissions de méthane Où peut-on capter le CO 2? Au jour d aujourd hui, on ne peut économiquement faire de la capture du CO 2 que sur des grosses installations industrielles. Il n est pas en effet technologiquement envisageable de capturer le CO 2 émis par les petits producteurs de CO 2 (pots d échappement des voitures par exemple..) Pour en savoir + - Le GIEC : Détail de la technique de CSC (

7 La technologie Si la technologie de stockage du CO 2 va demander des développements spécifiques, elle va s appuyer sur toute l expérience accumulée au cours d une centaine d années d exploitation pétrolière et gazière. 3 La technologie de Captage / Stockage n est pas une technologie complètement inconnue. Elle bénéficie de beaucoup de travaux réalisés dans le cadre de l exploitation pétrolière et gazière. Le captage et le transport sont des technologies relativement classiques dont les industriels savent maîtriser les risques et sur lequel l enjeu principal sera la maîtrise des coûts et de la dépense énergétique. La partie stockage, même si elle fait appel à un savoir faire existant, pose des questions plus importantes. La principale de ces questions est de savoir si le CO 2 restera dans le stockage (fiche n 6). Des exemples concrets : Captage : Le captage du CO 2 est une technologie industrielle utilisée pour le traitement du gaz naturel. Il est pratiqué couramment dans la fabrication d engrais, dans l industrie agro alimentaire, dans le secteur de l énergie (industrie pétrolière et gazière). Transport : le transport de CO 2 est déjà réalisé par gazoduc (USA) et bateau après adaptation technique (transport du CO 2 sous forme liquide). Stockage : des réservoirs de CO 2 existent naturellement dans les sous-sols. Le stockage en sous-sol profond peut se faire pour des durées importantes (plusieurs siècles) en sécurité : aquifères profond, gisements de pétrole et de gaz épuisés, veines de charbon, roches basaltiques (voir fiche n 4) Bateau / gazoduc Technologie Exploitation Gazière / pétrolière = Technologie Stockage CO 2 Technologie d injection / extraction de fluides Caractérisation des fuites / Mesures Interaction géochimique Gaz / roche

8 Comment capture-t-on le CO 2? Un grand nombre de procédés industriels de captage existent sur le marché, ayant un domaine d application spécifique en fonction de la nature des fumées à traiter (composition, température, pression). Ils relèvent tous de 3 catégories principales : - le captage par post combustion, (récupération du CO 2 dans les fumées de combustion), - l oxycombustion (combustion avec de l oxygène pur afin d avoir des fumées concentrées en CO 2 ) - la précombustion (extraction du CO 2 à la source par transformation du combustible fossile en gaz de synthèse). A l heure actuelle, seules les émissions industrielles sont concernées par le captage. Les plus importantes sont issues des centrales thermiques (40% des émissions de CO 2 dans le monde 7 milliards de tonnes de CO 2 /an). D autres secteurs (production de fer, d acier, de ciment, raffinage de produits pétroliers et pétrochimie) émettent plus de 3,7 milliards de tonnes de CO 2 chaque année. Ou capturer concrètement le CO 2? Concernant le transport, deuxième secteur émetteur de CO 2, il n'est pas réaliste de vouloir piéger le gaz carbonique émis par chaque véhicule. Il existe, pour le transport, d'autres moyens de limiter les émissions de CO 2, via des technologies qui améliorent le rendement des moteurs. Les constructeurs automobiles européens s'y sont engagés : ils envisagent de réduire, en moyenne, les émissions de CO 2 au kilomètre parcouru à 120g/km en 2012 (contre 190g/km en 1997). Le captage se fera à l intérieur d usines déjà existantes et le transport par des canalisations enterrées. Concernant le stockage, des puits d injection de CO 2 existent déjà dans plusieurs pays. Rien ne permet de les distinguer de puits de prélèvement d hydrocarbures. Exemple ci-dessous : puits d injection de CO 2 / site d Allison, Projet Coal seq. A quoi ressemblera un site d injection de CO 2 (partie visible du stockage) Burlington Ressources Pour en savoir + - GIEC : Détail de la technique de CSC (

9 Ou stocker le CO 2? 4 Stocker le CO 2, c est l opération qui pose aujourd hui le plus de questions scientifiques. Techniquement, le stockage pourrait se faire dans trois types de réservoirs : le plus simple, ce sont les anciens gisements de ressources fossiles (gisements pétroliers et gaziers et dans une moindre mesure, les mines de charbons), le plus abondant ce sont les aquifères profonds, c est-à-dire des nappes d eau totalement impropres à la consommation car très riches en sels (jusqu à 3 fois la concentration en sel de l eau de mer) et situées à plusieurs centaines de mètres de profondeur, le plus utopique c est le fond de l océan, où pourrait être stocké une sorte de "lac de CO 2 " stabilisé au fond des mers. Cette troisième solution est pour l instant quasiment abandonnée par les scientifiques en raison des risques trop importants pour le milieu et les écosystèmes marins. La solution de stockage en aquifère profond n est aujourd hui pas mise en œuvre industriellement ; son développement pourrait cependant bénéficier de l expérience des entreprises gazières qui font du stockage de gaz dans des aquifères depuis des dizaines d années. La solution de stockage dans les anciens gisements gaziers ou pétroliers est déjà pratiquée depuis plusieurs années. En effet pour améliorer la récupération des hydrocarbures, il est parfois nécessaire de "pousser" le pétrole. Dans le cas du site de Weyburn en Amérique du Nord, depuis plus de 10 ans, du CO 2 est injecté dans le gisement pour améliorer la récupération de pétrole. 1000m 500 à 2000m > 1000m Schéma de principe (source GIEC / BRGM)

10 A quelle profondeur envisage-t-on de stocker du CO 2? C est quoi un aquifère profond? Y a t il d autres endroits où stocker le CO 2? Le stockage géologique est envisagé à des profondeurs supérieures à 800 mètres Un Aquifère profond ou "nappe aquifère" ou "nappe d'eau souterraine" est la forme que prend l'eau dans les sols et dans les formations géologiques lorsqu'elle occupe la totalité des vides qui lui sont accessibles. L'eau y circule, presque toujours très lentement, et on peut la collecter grâce à des puits, des forages ou des galeries drainantes. D autres pistes ont fait l objet de recherches : La voie chimique : fixation de CO 2 en un produit stable pour former des roches carbonatées par un procédé naturel de minéralisation, La voie biologique : biofixation du CO 2 par la photosynthèse de microalgues en incorporant dans un bioréacteur du CO 2 d origine industrielle et des nutriments nécessaires à la croissance des algues, production de gaz naturel à partir de la réduction du CO 2 en méthane en utilisant des bactéries méthanogènes Quel est le volume de CO 2 qui pourrait être stocké? Ce sont les aquifères profonds qui possèdent la plus grande capacité de stockage ; elle est dix fois supérieure à celle des réservoirs de pétrole ou de gaz. Elle dépasserait, pour l Europe, 800 milliards de tonnes de CO 2 et serait, au niveau mondial, de l ordre de milliards de tonnes de CO 2, soit de quoi stocker la totalité des émissions mondiales pendant des siècles. Les capacités mondiales de stockage dans les gisements d hydrocarbures permettraient de stocker environ milliards de tonnes de CO 2, soit le tiers des émissions mondiales pendant un siècle. Pour ce qui concerne les veines de charbon non exploitées, leur potentiel de stockage, bien que difficile à évaluer, tourne autour de 40 milliards de tonnes. Cependant, ces estimations varient fortement en fonction des méthodes de calcul utilisées (ex. à l échelle mondiale, les estimations varient de quelques 100 à milliards de CO 2 ) car elles sont fondées soit sur des hypothèses trop grossières, soit sur la prise en compte partielle des mécanismes de stockage dans le sous-sol. Une action est engagée au niveau international (Carbon Sequestration Leadership Forum CSLF) afin de clarifier les terminologies utilisées et proposer des méthodes d estimation acceptées et validées par tous les membres de cette organisation. Elle devrait ainsi permettre une meilleure comparaison entre les différentes valeurs proposées. Où ne pas stocker le CO 2? Il y aurait beaucoup d endroits à évoquer : ceux dont la structure géologique n est pas bien étudiée, ceux se situant dans les zones à fort potentiel géothermique. Il faut noter que le choix d un site de stockage n est pas pris à la légère. C est généralement un site bien connu. Rentrent en comptent plusieurs critères dans le choix d un site tels que la forte capacité de stockage (grand réservoir, forte porosité), l efficacité de l injection (perméabilité du sol), la sécurité (résistance aux fortes pressions, pas de géothermie avoisinante, stabilité géologique ) et les couts faibles (bonne accessibilité, infrastructures existantes, source de CO 2 proche ). Pour en savoir + Carbon Sequestration Leadership Forum CSLF : Methodologie de comptabilisation et recensement des lieux potentiels de stockages ( BRGM : renseignements sur le sous-sol et ses caractéristiques géologiques ( )

11 Les risques 5 Le gaz carbonique pur (CO 2 ) est un gaz incolore, indolore, non combustible, non toxique sauf à concentration élevée. C est un gaz qui fait complètement partie du cycle de la vie : la respiration humaine produit du CO 2 alors que les plantes ont besoin de CO 2 pour pomper le carbone nécessaire à leur croissance. Nous vivons donc dans une atmosphère qui contient en permanence du CO 2 à des teneurs de l ordre de quelques centaines de ppm, c'est-à-dire moins de 1 %. Le CO 2 devient problématique quand sa concentration augmente dans l atmosphère, car cette augmentation implique un déséquilibre dans la composition de l air que nous respirons. A une concentration de 5% des difficultés respiratoires apparaissent et à plus de 25% il est mortel. Risques pour l homme et l environnement Une fuite massive du CO 2 stocké dans le sous-sol représente le risque majeur pour l homme car il conduirait à l endroit de la fuite à une atmosphère "irrespirable". Cet évènement spectaculaire a déjà été répertorié dans le cas d accumulation d origine biologique de CO 2 piégé dans les sédiments d un lac. Au contraire, il existe par ailleurs de nombreux gisements de CO 2 naturel enfermés dans le sous sol et qui n ont jamais présenté de fuites avérées. Pour les stockages de CO 2 anthropique (provenant de l activité humaine), il semble donc que les caractérisitiques des stockages envisagés ainsi que la connaissance des phénomènes de remontées permettent de considérer le risque de fuite massive comme négligeable. Reste le risque de fuite permanent mais de faible intensité. Une fuite chronique ne présente à priori que peu de risques pour les personnes situées à proximité du stockage dans la mesure ou le CO 2 sera dilué au fur et à mesure dans l atmosphère (sauf dans les zones en creux ou il pourrait s accumuler étant plus lourd que l air). Les risques Les principaux risques, sont bien maîtrisés par l'industrie pétro-gazière : ❶ Capture ❷ Transport ❸ Stockage Avant Opérations de construction Opérations de construction Opérations de forage Pendant Après Fuite de CO 2 CO 2 sous pression Emission de composés de combustion (NOx, SOx ), opération de capture, augmentation d activité Fuite de CO 2 CO 2 sous pression Opérations de maintenance Fuite de CO 2 CO 2 sous pression, Effets d impuretés, effets physiques Fuite de CO 2 CO 2 sous pression

12 Pourquoi faire du stockage de CO 2 compte tenu que les risques ne sont pas nuls? Comme pour toute technologie, la capture et le stockage de CO 2 génèrent certains risques. Il devient légitime de se demander si ces risques sont acceptables et de les comparer à ceux des autres options de réduction des émissions de CO 2. Sur l ensemble de la filière de stockage, ces risques restent mineurs au regard des dégâts imputables au changement climatique. A-t-on des retours d expérience concrets sur les risques dus au transport de CO 2 Les Etats Unis sont dotés d un réseau important de gazoducs transportant le CO 2 (3100 km). Dix incidents ont été signalés de 1990 à 2001, mais n'ont causé ni blessure ni mort d'homme. Si des accidents sont théoriquement possibles lors du transport massif de CO 2, des mesures de sécurité peuvent en minimiser les conséquences. Le risque n'est sans doute pas plus grand que celui du transport de gaz naturel par gazoduc pratiqué dans beaucoup de pays européens - le CO 2 ne pouvant ni exploser, ni s enflammer. A noter que l on peut diminuer le risque de fuites en rapprochant les valves de sécurité sur un gazoduc Et qu en est-il des risques de stockage à proprement parler? Compte tenu de l attention particulière portée sur le choix du site, le risque majeur viendrait d'une défaillance d un puits sur le site d'injection, ce qui pourrait provoquer une remontée de CO 2 vers la surface. La probabilité d une remontée soudaine de CO 2 stocké dans un réservoir souterrain est très faible, et comparable à celle rarissime des fuites de gaz naturel dans les forages d'exploitation. (voir fiche «fuite» n 6) Qu est ce qui est fait pour diminuer les risques? De nombreux programmes de recherche sur des thèmes liés aux risques sont en cours dans le monde : Analyses fines des processus physiques et chimiques dans les réservoirs, Procédures de sélection des sites, incluant l'analyse de l activité sismique, Outils de simulation du comportement à long terme du CO 2, Techniques de surveillance et de contrôle, Méthodes d évaluation et de gestion des risques, Bonnes pratiques et normes, Intégrité des puits, Etc Et les risques sismiques? - Le risque sismique est minimisé en premier lieu dans le choix des sites. Un séisme ne créera pas de risque sur le stockage lui-même. Par contre, un séisme pourrait réactiver une faille existante à condition que son intensité soit très forte. Les risques concerneraient alors essentiellement les installations de surface et l intégrité des puits. C est pourquoi les réservoirs qui contenaient auparavant des hydrocarbures, sont d excellents candidats pour le stockage car ils sont constitués de formations géologiques dont l intégrité a été préservée pendant des millions d années. -La sismicité induite (déformation du réservoir du a l injection) est un phénomène que les stockeurs de gaz savent gérer. Les connaissances acquises sur le comportement du milieu naturel permettent de déterminer la pression d injection à respecter pour éviter la réouverture de fractures. Pour en savoir + - Carbon Sequestration Leadership Forum CSLF : retours d expériences risques ( - GIEC : Avantage et risques de la CSC ( - IEA GHG : Base de données de scénarii de risques (

13 Les fuites 6 Des fuites localisées en grandes quantités représenteraient un risque sérieux pour les populations. Dans les années 80, le dégazage au Lac Nyos au Cameroun, d une poche de CO 2 présente naturellement a entraîné de nombreuses morts dans les populations alentours. Il est donc évident que la prise en compte du risque de fuite brutale est l élément prioritairement étudié par la communauté scientifique. Il ne pourrait que correspondre à des incidents au niveau du point d injection dans le sol (cuvelages ou cimentations de puits). Ces risques sont classiquement maîtrisés par l industrie pétrolière et gazière. On est ici dans l analyse du risque industriel. Aux Etats-Unis, des puits toujours actifs de plus de 100 ans sont étudiés pour améliorer la longévité et la résistance des puits actuels. S agissant des fuites, faibles, régulières et diffuses, le risque maximum toléré est de 0,001 % de fuite par an. De tels niveaux ne présentent absolument aucun danger puisqu ils sont 100 fois plus faibles que les flux naturels associés à l activité biologique dans les sols. Il faut cependant ajouter que le stockage géologique du CO 2 n est pas une invention humaine. De nombreux gisements naturels de CO 2 sont en place dans le sous-sol depuis des milliers, voire des millions d années, dans certains bassins sédimentaires (Montmiral dans la Drôme, Etats-Unis, Australie, Chine, Hongrie, Italie, Allemagne, Grèce ) et peuvent donc servir de modèles pour comprendre le comportement du CO 2 dans le sous-sol. Les possibilités de fuites provenant de «poches» naturelles de CO 2 restent plus grandes que celles des réservoirs choisis pour le stockage. Ces derniers bénéficient en effet d une étude préliminaire avant d être choisis pour leurs caractéristiques. Un ensemble de mesures de contrôle peuvent ensuite être mises en places en amont, pendant et après l injection afin de prévenir et limiter les risques de fuites. Surface Mesures d inclinaisons, interférométrie satellite, mesures aéroportées Puits Température, pression, étanchéité, analyse de matériaux Surface / sol Analyse microbienne, changement de végétation Puits, réservoir, sol Sismique (3D), micro sismicité, gravimétrie, électromagnétisme, electro potentiel, examen de résistance du puit Surface / sol Analyse de l'eau et de gaz de production, traceurs, fluides de sous sols, mesures directes en surface

14 Un dispositif de contrôle bien étudié donne de bonnes indications sur les fuites à venir ou les micro fuites existantes. (Contrôles en surface, suivi des évolutions en sous-sol, mesures complémentaires ). Comment déceler une fuite? Remarque : Les fuites de poches naturelles de CO 2 provoquent généralement une asphyxie de la végétation par les racines. Ces effets sont visibles d un simple coup d œil. (Exemple ci contre : forêt des Etats-Unis Mammoth Mountain) Le risque de fuite dans un réservoir de stockage est maximum au moment de l injection, une fois qu une certaine pression est atteinte dans le réservoir. C est aussi à ce moment que les contrôles sont les plus soutenus et que les équipes d interventions en cas de fuites sont le plus opérationnelles. Le risque de fuite est il identique au cours du temps? Profil du risque Début de l injection Arrêt de l injection 2 x période d injection 3 x période d injection n x période d injection CSL Forum Que sera-t-il fait en cas de fuite? Dans le cas d une fuite brusque localisée, les équipes d interventions colmateront le point de fuite. Quels sont les autres impacts possibles sur l environnement en cas de micro fuites? Au niveau local, le CO 2 peut altérer l environnement par son caractère faiblement acide : diminution du ph du sol et de l eau (pouvant aller jusqu à la dissolution du calcium, l augmentation de la dureté de l eau et le relargage éventuel de traces métalliques) Pour en savoir + - Carbon Sequestration Leadership Forum CSLF : retours d expériences (

15 Economie 7 Cher, mais pas trop: 30 à 60 euros par tonne de CO 2 évité! Il est bien évident qu une opération qui consiste à capter le CO 2 émis par une installation industrielle, à le transporter jusqu au site de stockage, à l injecter dans le sous-sol et enfin à assurer la surveillance sur le long terme du site, va coûter plus cher que simplement libérer le CO 2 dans l atmosphère. Globalement, pour les centrales thermiques, le surcoût se compte en dizaines de pourcent selon que la ressource est le gaz naturel (le moins producteur de CO 2 ) ou le charbon (le plus producteur de CO 2 ). La CSC est donc loin d être économiquement et écologiquement neutre. Le coût de la filière complète captage /transport/stockage est actuellement évalué à 50 en moyenne la tonne de CO 2 évitée, dont 85% pour la seule capture qui intègre le prix de la séparation du gaz carbonique et sa compression. Les technologies de transport de CO 2 par pipeline et d injection en profondeur dans des couches géologiques sont opérationnelles à des coûts raisonnables qui diminuent sensiblement lorsque la taille de l'opération augmente. Les solutions envisagées pour réduire les coûts sont l amélioration des techniques de capture existantes et le développement de technologies innovantes mais aussi une intégration énergétique poussée au niveau des procédés et la standardisation des méthodes mises en œuvre. L objectif à terme est d atteindre des coûts de l ordre de 20 à 30 /t CO 2. Industriels Pouvoir public Instances internationales Recherche Amélioration technologique Pilotes Captage / stockage Innovation et dynamisme technologique Diminution des coûts Moins de CO 2 émis Retombées économiques locales

16 Et pour l économie locale, y aura-t-il des emplois? Comme pour toute nouvelle activité, la mise en place de captage et de stockage de CO 2 va entrainer un dynamisme local. Même si la majeure partie des emplois va concerner le développement technologique (matière grise R&D), il y aura aussi des besoins humains dans - la mise en place : ingénieurs, techniciens - le suivi : administratif, contrôleurs. Le stockage du CO 2 est il une technique bon marché par rapport à d autres techniques de réduction? Le stockage du CO 2 est une technologie relativement bon marché par rapport à d autres techniques comme la minéralisation (qui consiste à transformer chimiquement le CO 2 gazeux en carbonates solides). Elle le sera d autant plus que des progrès technologiques interviendront dans la partie captage. Le GIEC estime que la CSC jouera un rôle significatif lorsque le prix du CO 2 sera supérieur à la tonne Coûts Captage actuel Coûts Captage potentiel Coûts transport Coûts stockage Autre technique (ex : minéralisation de CO 2 ) Source CSLforum par tonnes évitées Pour en savoir + - GIEC : Données économiques sur la filière de captage et stockage du CO 2. (

17 Acteurs Rôles 8 Recherche. technique Compte tenu du caractère international de la problématique du réchauffement climatique, le captage et stockage du CO 2 concerne des organismes d information, de ressources, de recherches, à plusieurs niveaux (local à international) et sur de nombreuses thématiques afférentes. Qu ils soient industriels, organismes publics, associations ils mettent en commun leurs compétences et leurs moyens afin de progresser dans la connaissance de la filière CSC. Des réponses à venir A priori, le stockage de CO 2 n a pas vocation à être une activité de service public, mais plutôt une activité gérée par des entreprises privées. Dans ce contexte, l Etat devra mettre en place une réglementation permettant d assurer que cette activité soit gérée dans de bonnes conditions. Du point de vue réglementaire, se pose tout d abord la question du statut du CO 2 : est ce considéré comme un produit industriel ou comme un déchet? Le choix entre ces deux alternatives, qui n est pas tranché au niveau mondial, aura des conséquences sur la réglementation applicable. De même, sur la question de la responsabilité à long terme des sites de stockages, l Etat français s oriente vers la conception d une réglementation spécifique. Remarque : les activités de captage et de transport de CO 2 seront concernées par la réglementation déjà existante visant à limiter les risques d incidents de gaz en surpression. Matériaux Puits, réservoir Stockage de gaz Sol Géophysique Météorologie Environnement Analyses Monitoring Energie Etc Etc Changement climatique Activité pétrolière Règlementation Risques

18 Pour en savoir + : quelques acteurs du captage et stockage de CO 2 Organismes / regroupements Nationaux ADEME Agence De l Environnement et de la Maitrise de l Energie BRGM Bureau de Recherches Géologiques et Minières : Établissement public pour la gestion des ressources naturelles et l'occupation du sol et du sous-sol. CNRS Centre National de Recherche Scientifique Le club CO 2 Structuration de la recherche française dans le domaine de la capture / transport et stockage de CO 2. IFP Institut Français du Pétrole : centre de recherche et développement industriel, de formation et d'information pour l'industrie des hydrocarbures DRIRE (DGEMP) définit et met en œuvre la politique énergétique de la France et d'approvisionnement en matières premières minérales. ergie/co2.htm MIES Mission Interministérielle Effet de Serre Etc Organismes / regroupements Européens CO 2 Net CO2NET est un le Réseau de recherche thématique européen Etc Organismes / regroupements Internationaux AIE (Agence Internationale de l Energie) CAN Europe (Climate Action Network Europe) CSLF (Carbon Sequestration Leadership Forum) GIEC / IPCC (Groupe d experts intergouvernemental sur l évolution du climat ) WMO Etc Le Programme Gaz à effet de serre de l AIE donne des informations détaillées sur les technologies et les projets de recherche en matière de stockage de CO 2 pour consulter les informations issues de l atelier CSC organisé par le Réseau Action Climat (réseau d ONG environnementales) Initiative intergouvernementale de lutte contre le réchauffement climatique. (IPCC en Anglais : Intergovernmental Panel on Climate Change.) Association de pays expertisant l'information scientifique, technique et socio-économique qui concerne le risque de changement climatique provoqué par l'homme. Rédaction de rapport sur le stockage du CO 2. Organisation Météorologique Mondiale (Agence des Nations Unies) : état climatique de la planète Industriels Total projet de captage et d'injection géologique de gaz carbonique sur le site de Lacq (région Aquitaine). Gaz de France projet opérationnel de ré-injection de CO 2 dans le réservoir de gaz K12B en mer du Nord & projet de stockage du CO 2 dans le réservoir de gaz de l Almark en Allemagne. Autres industriels Alstom Technologie, Air liquide, Arcelor, BP, Electricité de France, Lafarge, Statoil, Suez,,, Etc Organismes locaux APESA Centre technique de ressources en environnements (Aquitaine) Etc ge.info

19 Les projets pilotes 9 Les projets de captage et stockage de CO 2 sont relativement nombreux. On en récence plusieurs dizaines en cours ou prévus sur la planète. Ces essais pilotes sont nécessaires afin d améliorer la technique et la connaissance avant les phases industrielles à grosse échelle. Plus ils sont nombreux et plus les incertitudes sur le stockage du CO 2 sont réduites (application du stockage dans différentes situations géologiques, dans plusieurs environnements différents ) A terme ils fourniront une méthodologie spécifique au stockage géologique du CO 2 qui permettra d utiliser la technique selon des normes techniques, règlementaires et de sécurité. (localisation continentale approximative). 4 projets EOR / canada Alberta ECBM Penn West Weyburn Mountainer West Pearl Queen Frio In Salah 50 projets gaz acides Shady Point Bellingham Cogen Warrior run In Salah Indo Gulf Fertilizer Luzhou NG Cerro Fortunoso Teapot Dome 42 projets gaz acides Sumitomo Chemicals RITE/ ENAA 70 projets EOR / USA Dakota GP Mitsubishi Nagasak Qinshuii Basin Rangely Burlington Boundary Dam IMC Global Natuna Gorgon Latrobe Hokkaido Nagaoka Gorgon Snohvit Snohvit Sleipner Sleipner K12B K12B Castor Castor Sibilla Drym Captage Hatfield Esbjerg CO 2 SINK RECOPOL Stockage Source : IEA green / CSL forum Remarque : l objectif de ce schéma est de donner une idée de l activité dans le domaine du Captage/transport/stockage. La liste des projets n est pas exhaustive.

20 Que doit-on attendre après ces projets? Les différents projets «pilotes» qui ont vu le jour sont la suite logique des essais à l échelle des laboratoires. Ils sont la phase de validation intermédiaire avant le passage au stade industriel. Ils permettent de réduire les incertitudes et de progresser dans plusieurs domaines : coûts, technologies, sécurité des réservoirs, techniques de contrôle Vers l amélioration du cout des technologies et le stockage sécurisé sur du long terme Couts / technologie Améliorations techniques prévision de couts Phase pilote des techniques prometteuses Atteindre les objectifs de couts Sécurité des réservoirs Identification des réservoirs adaptés. Premières expériences sur site Critères de choix de site affinés. Identification des meilleurs sites Large mise en œuvre du stockage Technologies de contrôle Choix des techniques pertinentes Essais sur site Commercialisation des techniques disponibles adaptées CSL Forum On estime que la quantité cumulée de CO 2 captée par 6 projets pilotes internationaux représentatifs (entre 1995 et 2010) sera proche de 55 Méga tonne de CO 2. Cette quantité représente approximent la consommation de 7,5 millions de français pendant un an (source : Bilan carbone production annuelle d un français : 7,34t CO 2 = 2t eqc) Quelles quantités de CO 2 ont déjà été captées? Quantité de CO 2 stockée cumulée (Mt) Weiburn In Salah Crust 20 Sleipner Gorgon 10 Snohvit 0 Années CSL Forum Pour en savoir + CSLForum : aperçu des projets internationaux de Capture et stockage de CO 2. ( ) CO 2 capture and storage : ( ANR : Agence Nationale de la Recherche. Projets français financés :

21 Pour en savoir plus : Quelques projets National Européen International Nom Domaine / sujet Années PICOR piégeage du CO 2 dans les réservoirs PICOREF pilote semi-industriel de stockage de CO 2 dans le bassin de Paris Géocarbone Prévision de l'évolution de INJECTIVITE l'injectivité d'un puits de CO 2 Géocarbone- réponses aux besoins du Contrôle MONITORING de la sécurité des installations METSTOR solutions techniques pour le stockage du CO 2 CAPCO 2 Capture du CO 2 en postcombustion SOCECO 2 Acceptabilité sociale CO 2 sink Essai en laboratoire de capture et stockage de CO 2 ISSC Amélioration de la technique de capture NGCAS Etude de capture, de transport puis de stockage de CO 2 < 2004 Next Generation tools for CO 2 CApture and Storage GESTCO Potentiel de stockage géologique < 2005 CO 2 STORE prévision à long terme du comportement du CO 2 stocké SACS CO 2 Stockage en aquifère salin < 2005 WEYBURN opération de récupération assistée < 2005 de pétrole par injection de CO 2 NASCENT Stockage naturel < 2005 RECOPOL Essai pilote de séquestration de < CO 2 dans une veine de charbon InCA-CO2 positionnement du savoir-faire européen dans le domaine de la capture et du stockage de CO International Cooperation Actions on CO 2 capture and storage" ULCOS Nouveaux processus de production «Ultra Light CO 2 Steelmaking» d'acier CASTOR problématiques de capture et de stockage CO 2 from CApture to STORage CO 2 GeoNet Stockage géologique du CO geonet.com ENCAP Amélioration de la capture du CO Enhanced capture of CO 2 EU GeoCapacity Cartographie du potentiel de stockage géologique du CO European Geological Storage Capacity CO 2 NET capture et le stockage géologique de CO CO 2 Knowledge Transfer Network net.com CO2ReMoVe Monitoring de stockage industriels Research into Monitoring and Verification Technology»: GRASP stockage géologique de CO Sleipner expérience à grande échelle de Depuis stockage dans un aquifère salin 1996 CO 2 Capture Captage et stockage Project WEYBURN 2 Etudes sur le monitoring, l'évaluation des risques, etc. GASIM modélisation thermocinétique sur l'injection des gaz acides IEA R&D programme sur les GES green.org.uk