Capture et stockage du carbone

La capture et le stockage du carbone consiste à absorber le CO2 présent dans l'atmosphère et le stocker afin de limiter le réchauffement climatique. Ce processus naturel est réalisé par la végétation ainsi que par les océans et la tendance va à compléter ce service écosystémique par une capture et un stockage artificiel.

C’est quoi la capture et le stockage du carbone ?

La capture et le stockage du carbone consiste à « confisquer » le CO2 présent dans l’atmosphère afin de limiter le réchauffement climatique par effet de serre. C’est à la base un mécanisme naturel : la végétation et les océans absorbent et stockent naturellement le carbone présent dans l’atmosphère et jouent ainsi un rôle essentiel dans la régulation du changement climatique.

Cependant, face à une économie mondiale encore largement dépendante des énergies fossiles et une dégradation de nos écosystèmes, les émissions de gaz à effet de serre sont telles que ces derniers ne suffisent plus à contenir le réchauffement climatique à un niveau soutenable par l’absorption naturelle du carbone.

Pour faire face, la priorité est donc à la réduction de nos émissions de gaz à effet de serre, à la restauration et la préservation de nos écosystèmes naturels. Mais on voit émerger timidement sur la scène mondiale des technologies qui permettent la capture et le stockage artificiel du carbone dans des mines, des océans ou encore des aquifères (couches géologiques remplies d’eau situées à environ 800 mètres de profondeur). Si ces dernières font encore débat, elles semblent pour autant s’imposer petit à petit comme un outil nécessaire à la lutte contre le réchauffement climatique.

Pour aller plus loin

Le CO2 est un gaz qui est stocké naturellement dans l’atmosphère, la biosphère, l’océan ou encore le sous-sol. Ainsi, les flux de carbone entre ces différents réservoirs naturels constituent le cycle naturel du carbone. Cependant, l’activité humaine, par ses modes de production, de consommation, de déplacement, génère des émissions de CO2 supplémentaires à ce qui est présent naturellement dans l’environnement et ce surplus vient dérégler le cycle naturel du carbone. Les réservoirs naturels se voient absorber plus de CO2 et l’augmentation de la quantité de carbone dans l’atmosphère vient, par son effet de serre, réchauffer le climat.

Ainsi, selon une étude publiée en 2019 dans la revue Science, la moitié du CO2 rejetée par l’activité humaine vient alimenter le stock atmosphérique et donc le réchauffement climatique alors que l’autre moitié est capturée par la végétation et l’océan. Entre 1994 et 2007, 31% des émissions carbone d’origine anthropique ont terminé dans l’océan (avec une marge d’erreur d’environ 4%). Un taux d’absorption qui paraît plutôt stable depuis ces deux dernières décennies.

Heureusement donc que l’océan et la végétation sont là pour jouer un rôle essentiel dans la régulation du réchauffement climatique. Mais ne nous réjouissons pas trop vite. Car la capacité d’absorption de ces puits pourraient diminuer avec le temps face à la dégradation alarmante de ces milieux ou, pire encore, ils pourraient devenir eux-mêmes des sources de CO2 dans l’atmosphère.

En effet, l’activité humaine, en impactant nos milieux, vient modifier directement les capacités de stockage de ces derniers:

Impacts de l’agriculture : l’activité agricole, par la combustion de biomasse, la mauvaise utilisation des fertilisants, le pâturage ou encore le labour et le drainage a tendance à réduire le stock de carbone organique du sol et à augmenter les émissions de gaz à effet de serre, en particulier le méthane et le protoxyde d’azote. Les terres agricoles cultivées intensivement stockent par exemple moins de carbone que les forêts ou les prairies naturelles et, par l’activité qui y est opérée, en rejettent aussi davantage. L’activité agricole peut aussi être à l’origine d’une érosion et d’une dégradation des sols qui perdent alors en biodiversité et en productivité. La baisse de productivité entraîne à son tour une réduction des apports de matières organiques au sol (qui viennent pour l’essentiel des résidus de végétaux) et donc du stock de carbone organique.

Impacts de la sylviculture : alors que 60% du stock de carbone de nos forêts se trouve dans les sols, l’augmentation des exportations de bois est à l’origine d’un tassement du sol généré par les engins d’exploitation, tassement qui s’oppose au bon fonctionnement du sol et limite sa capacité de stockage. De plus, les risques d’appauvrissement du milieu liés à une exportation excessive du bois énergie sont aussi à prendre en compte dans la capacité de nos forêts à stocker le carbone.

Conversion des forêts : la déforestation tropicale contribue également à 18% de nos émissions mondiales de gaz à effet de serre. Pour rendre une ancienne forêt apte à être cultivée, une pratique répandue est celle du brûlis et à pour conséquence un relâchement massif du stock de carbone contenu dans les sols. Dans les cas où les forêts sont brûlées sans exploitation préalable des bois, c’est l’ensemble du stock de carbone de la forêt qui est relâché dans l’atmosphère. On estime que le bilan carbone d’une forêt ayant subi une coupe rase redevient positif seulement au bout de 15 ans. Ainsi, le reboisement est une réponse très limitée à cette problématique.

Impacts sur les océans : en se dissolvant dans l’eau, le CO2 de l’atmosphère contribue à l’acidification des eaux ce qui menace la vie marine notamment le phytoplancton. Pourtant, l’absorption du carbone par les océans repose en partie sur l’activité de cet organisme de surface qui, par photosynthèse, fixe le CO2 dissous dans les eaux de surface, réduisant ainsi la quantité de carbone présente en surface et offrant donc la possibilité à l’océan de continuer à absorber le CO2 atmosphérique. À leur mort, ces organismes tombent et se sédimentent, stockant ainsi le carbone dans les sédiments océaniques. Mais une fois de plus, les habitats tels que les mangroves, les marais saumâtres, les herbiers marins et les récifs coralliens, qui représentent plus de 50% du stock de carbone sédimentaire des océans, sont menacés par la pollution marine et la destruction des écosystèmes côtiers. Chaque année, ce sont près de 7% de ces écosystèmes qui sont détruits.

Impacts de l’artificialisation des sols : alors qu’en France, l’équivalent de la surface d’un département est artificialisé tous les 10 ans, cette pratique vient imperméabiliser les sols et ainsi limiter leur capacité de stockage.

Conversion des tourbières : les tourbières sont l’écosystème terrestre qui stocke le plus de carbone grâce à la présence d’eau permanente qui permet une décomposition très lente des végétaux. Cependant, ces milieux sont exploités depuis très longtemps comme source de combustible et sont aujourd’hui gravement menacés. Dans de nombreux pays, ces zones sont drainées pour en faire des terres cultivables ce qui vient réamorcer le processus de décomposition.

La dégradation de nos milieux par l’activité humaine augmente donc le taux de carbone dans l’atmosphère et donc le réchauffement climatique. Réchauffement climatique qui aura à son tour un effet sur les milieux, effet qui lui aussi viendra par la suite modifier le climat. Les forêts tropicales s’assèchent et voient leur diversité biologique diminuer alors que les océans se réchauffent pouvant rendre à termes la dissolution du CO2 atmosphérique moins efficace et la part du carbone entrainée vers les fonds océaniques plus faible. Rien ne nous assure non plus que nos écosystèmes ne deviendront pas à termes eux-mêmes des sources de CO2… D’où l’urgence d’agir à la source du problème : la restauration et la préservation de notre environnement.

Comment améliorer la capture et le stockage naturel du carbone ?

Les sols doivent être restaurés et préservés afin que soit retrouvée et améliorée leur fonction naturelle de réservoir de carbone. Il s’agit donc de mettre en place des techniques agricoles visant non plus à épuiser mais à préserver la richesse naturelle des sols telle que l’agroécologie par exemple. En effet, cette pratique agricole cherche à remettre au maximum la nature au coeur du facteur de production tout en maintenant ses capacités de renouvellement. Elle consiste principalement à limiter le recours aux produits phytosanitaires et le travail intensif de sols afin de préserver les ressources naturelles et la biodiversité.

Ainsi, ces techniques culturales peuvent, d’une part, réduire leurs émissions de protoxyde d’azote et de méthane, par le recours à des engrais organiques issus des résidus des récoltes précédentes, à la rotation des cultures, à des cultures pérennes ou encore à une irrigation mesurée qui permet une meilleure respiration des sols.

D’autre part, elles permettent aussi d’accroître les absorptions de carbone par le sol. Un changement d’utilisation des terres agricoles peut être nécessaire, par la restauration des zones humides telles que les marais ou les tourbières ou des prairies qui séquestrent davantage de carbone qu’un champ cultivé. Une nouvelle gestion des terres agricoles qui passe aussi par un aménagement différemment des champs cultivés, en y introduisant par exemple des haies. Enfin, réduire les labours qui détruisent la fertilisation naturelle de l’humus, maintenir les résidus de récolte et passer au semis direct sont aussi des pratiques qui permettraient de renforcer la capacité d’absorption de nos sols.

Evidemment, les pouvoirs publics ont leur rôle à jouer dans cette transition en apportant un cadre juridique et un soutien propice à l’émergence de ces nouvelles pratiques tout en soutenant l’objectif de Zéro Artificialisation Nette fixé par le gouvernement français.

En ce qui concerne les forêts, il est bien évidemment essentiel de lutter contre la déforestation et la dégradation de ces milieux afin de réduire les émissions de GES générées par de telles pratiques et d’augmenter leur capacité de séquestration du carbone. Du coté des océans et milieux aquatiques, la restauration et la préservation des écosystèmes marins mondiaux tels que les algues, les zones humides côtières ou encore les récifs coralliens est essentielle pour lutter contre le réchauffement climatique.

Un stockage artificiel pour compléter le rôle de nos écosystèmes

Alors que les accords de Paris ont donné l’objectif d’un réchauffement climatique qui n’excédera pas 2°C par rapport aux températures de l’ère préindustrielle, le GIEC, dans un rapport spécial sur le réchauffement climatique en 2018, parlait quant à lui d’une nécessaire neutralité carbone d’ici 2050 afin de contenir le réchauffement climatique.

Pourtant, en 2020, l’AIE estime dans son scénario Sustainable Development le plus contraignant que les énergies fossiles représenteront encore 60% de la fourniture mondiale d’énergie en 2040. Ainsi, sur les 4 scénarios envisagés par le GIEC dans l’optique d’un réchauffement climatique aussi limité que possible, 3 comportent le déploiement de la CCS, la captation et le stockage artificiel du carbone.

Ce processus consiste à capter le CO2 produit par de grandes installations fortement émettrices telles que les centrales thermiques ou les usines, puis de le transporter par pipelines afin de le stocker dans des couches géologiques profondes, où les conditions de température et de pression permettent un stockage sous forme liquide. Selon l’AIE, un investissement total de 3,6 milliards de dollars permettrait de capturer et stocker un total de 12 gigatonnes de CO2 entre 2015 et 2050.

Selon Novethic, les usines équipées d’un système CCS émettraient 80 à 90 % de CO2 en moins, mais consommeraient 10 à 40 % d’énergie en plus. Les industries les plus intéressées par la technique sont celles du secteur énergétique (pétrole, gaz, biocarburants) et de l’agroalimentaire mais pour l’instant, seules les plus grosses usines sont concernées. De nombreuses recherches sont en cours pour améliorer les méthodes et en diminuer le coût, étudier la pérennité du stockage souterrain, et anticiper les risques de fuite liés aux secousses sismiques.

On comptait en 2019 une trentaine de projets industriels autour de cette technologie à travers le monde et 23 usines en opération. En France, le 27 mai 2019 a été lancé à Dunkerque, ville française pionnière en matière d’écologie industrielle, le premier projet français de capture et stockage de dioxyde de carbone à échelle industrielle. Ce projet, dont la mise en oeuvre est prévue en 2025, est supporté entre autres par ArcelorMittal, Axens et Total et fait partie du programme de recherche et d’innovation de l’Union Européenne : Horizon 2020. Il bénéficie à ce titre d’une subvention de 14,8 millions d’euros sur les 19,3 nécessaires à sa construction et à son fonctionnement pour les 4 prochaines années.

"D’ici 2050, on devrait compter 2 000 sites de CCS à travers le monde, capables de capter 750 millions de tonnes de CO2 par an." Agence Internationale de l’Energie

Le CCS, une fausse bonne idée ?

Cependant, le CCS fait face à de nombreux blocages : barrières économiques, risques environnementaux, délais avant d’avoir une technologie opérationnelle, incitation à continuer d’émettre des gaz à effet de serre…

En effet, le CCS, c’est en premier lieu d’immenses barrières économiques. Son déploiement massif n’est possible que s’il présente une opportunité économique pour les émetteurs de CO2, c’est-à-dire si l’unité de coût du CCS est plus faible que le coût de l’émission d’une tonne de carbone déterminé par la réglementation. Malheureusement, les externalités environnementales des activités émettrices de CO2 n’étant pas aujourd’hui totalement internalisées cela n’est pas le cas. Ainsi, le nouveau projet CCS de Dunkerque prévoit un coût d’opération de 30 euros par tonne de CO2 alors que le prix actuel du carbone sur le marché européen fluctue entre 6 et 14 euros par tonne.

Beaucoup d’incertitudes pèsent également quant à la viabilité économique de ces technologies : coûts additionnels d’injection, de transport, d’installation et d’opération des CCS. Au vu des risques industriels et économiques que ces technologies représentent, les industriels sont encore dans la phase où ils attendent les retours d’expériences d’autres acteurs plus audacieux et les bénéfices du ruissellement de la connaissance.

Ainsi, face à de nombreuses asymétries d’informations, l’accès au capital pour financer ce type de technologies est risqué et difficile pour les industriels. La régulation semble donc le seul moyen pour développer la capture du carbone et son stockage à grande échelle. Ces politiques publiques pourraient prendre plusieurs formes : un support financier direct des gouvernements pour partager le poids des coûts d’apprentissage, des mécanismes financiers incitatifs, un cadre légal rassurant, le développement d’un accès au transport de CO2 et aux sites d’injection…

Enfin, cette technique est accusée par plusieurs associations environnementales de détourner le sujet principal qui est de réduire nos émissions de gaz à effet de serre. Avec un stockage artificiel, plutôt que diminuer drastiquement leurs émissions, les industries pourraient continuer à produire des gaz à effet de serre sous prétexte qu’elles les enterrent par la suite.

De plus, des financements considérables sont alloués au développement de ces technologies alors qu’il est possible qu’elles soient opérationnelles de façon massive trop tard pour respecter l’objectif 2°C et qu’elles auraient pu à la place être utiles au développement des énergies renouvelables par exemple. Enfin, les risques pour l’environnement sont encore méconnus mais certaines associations craignent également des fuites de CO2 dans les sols ou encore une acidification des nappes d’eau souterraines ou des fosses sous-marines.

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