Stockage du CO2

Après avoir été capté et transporté, le CO2 est injecté dans un réservoir géologique afin d’y être stocké à long terme. Un réservoir géologique peut être un aquifère salin profond, un gisement de pétrole ou de gaz épuisé ou en voie d’épuisement ou encore des veines de charbon non exploitables.

Différents types de réservoirs pour le stockage géologique du CO2.

Différents types de réservoirs pour le stockage géologique du CO2.

Lors de l’injection, le CO2 est envoyé dans un réservoir géologique, situé à une profondeur de 800 à 5000 mètres, où la pression est supérieure à 74 bar (soit environ 74 fois la pression atmosphérique). Le CO2 est alors dans un état dit «supercritique», c’est-à-dire qu’il est dense comme un liquide tout en se comportant comme un gaz sur le plan de la diffusion. À partir de 800 mètres, une tonne de CO2 occupe un volume de 1 à 2 m3, ce qui permet de stocker une grande quantité de CO2 dans un volume restreint. Pour plus d’information sur le CO2, cliquez ici.

Il faut savoir qu’il existe des réservoirs géologiques naturels de CO2 stables depuis des millions d’années. Dans le cas du stockage géologique du CO2, on cherche à déterminer si des réservoirs ne contenant pas de CO2 présentent les mêmes caractéristiques que les réservoirs naturels de CO2, et s’ils peuvent être utilisés pour y injecter du dioxyde de carbone.

Le stockage du CO2 représente une technique nouvelle dans le cadre de la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES). Toutefois, l’injection de CO2 dans des réservoirs de pétrole ou de gaz n’est pas nouvelle. En effet, le procédé de récupération assistée de pétrole (appelé EOR pour Enhanced Oil Recovery), permettant d’améliorer les rendements des champs pétroliers grâce à l’injection de CO2, est utilisé à grande échelle depuis les années 1970.

Différents réservoirs pour le stockage

Les réservoirs géologiques sont composés de roches poreuses (grès et certaines roches carbonatées) dans lesquelles les pores peuvent être remplis par du CO2. Une roche couverture  épaisse et imperméable (argile ou sel) présente au-dessus du réservoir permet de stopper toute remontée du CO2 vers la surface. Cette roche couverture est essentielle pour assurer l’étanchéité du réservoir et ainsi conserver le CO2 injecté dans le réservoir choisi à une profondeur adéquate.

Le stockage géologique de CO2 dans des gisements de pétrole ou de gaz naturel épuisés ou en voie d’épuisement

stockage_rap Le stockage géologique dans des gisements de gaz ou de pétrole est basée sur le principe de récupération assistée de pétrole. En injectant du CO2 dans un gisement en voie d’épuisement, on augmente la pression dans le réservoir et l’extraction du gaz ou du pétrole est facilitée. Le CO2 vient donc combler les pores vides qui contenaient auparavant des hydrocarbures. Cette technique n’est pas novatrice mais le fait de l’utiliser comme mesure environnementale est relativement nouveau (OECD/IEA, 2008).

Le stockage géologique de CO2 dans des aquifères salins profonds

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Les aquifères salins profonds sont des formations rocheuses poreuses et perméables saturées en eau salée (beaucoup plus salée que l’eau de mer) impropre à la consommation. Le CO2 injecté dans ces formations se propage graduellement latéralement et verticalement mais la progression du panache de CO2 est limitée par les couches imperméables qui délimitent l’aquifère.

Les aquifères salins profonds représentent le plus grand potentiel de stockage géologique de CO2 parmi les différents types de réservoirs (OECD/IEA, 2008; ADEME, BRGM, IFP, 2007).

Le stockage du CO2 dans des veines de charbon non exploitables

stockage_charbon Le stockage du CO2 dans les veines de charbon qui sont trop profondes ou non rentables est une méthode basée sur la récupération de méthane dans les lits de charbon (ECBM : Enhanced Coal Bed Methane). Le CO2 injecté permet au méthane immobilisé dans les pores du charbon de s’échapper. Ce méthane est récupéré et le CO2 est immobilisé dans les pores des veines de charbon.

Le tableau ci-dessous montre un résumé des différents types de réservoirs potentiels pour le stockage géologique du CO2.

Que devient le CO2 une fois injecté ?

Lors de l’injection, le CO2 remplit les pores de la roche réservoir. Avec le temps, différents mécanismes entrent en action afin de piéger à long terme le CO2.

Comme le CO2 est moins dense que l’eau salée, il tend à s’accumuler au-dessus de la couche d’eau, sous la roche couverture située au-dessus du réservoir. Toutefois,  une partie, 10 à 20 % du volume de CO2, est piégée dans les pores de la roche qui sont trop petits pour laisser circuler le gaz. Ce pourcentage de gaz est considéré comme immobilisé dans la roche réservoir.

circulation_pores

Circulation du CO2 dans les pores de la roche réservoir après l’injection. Le CO2 tend à migrer vers le haut mais est stoppé par la couche couverture sous laquelle il s’accumule. Une fraction du CO2 est immobilisée dans les très petits pores de la roche.

Au cours du temps, une partie du CO2 se dissout dans l’eau salée présente à l’origine dans le réservoir. Celle-ci, chargée en CO2, est plus lourde et s’écoule vers le fond du réservoir où des réactions chimiques avec la roche permettent au CO2 de se fixer progressivement sous une forme minérale. Avec le temps le CO2 supercritique dans le réservoir diminue donc au profit du CO2 dissous dans l’eau et de celui minéralisé.

circulation_pores_2e_etape

Avec le temps, une partie du CO2 est dissoute dans l’eau et cette eau plus lourde migre vers le bas du réservoir. Des réactions de minéralisation peuvent ensuite avoir lieu pour former des nouveaux minéraux et ainsi séquestrer indéfiniment le CO2.

Comment vérifie-t-on que le CO2 reste bien dans le réservoir ? Voir la page sur la surveillance et la sécurité.

Le stockage du CO2 au Québec

Au Québec, le stockage géologique du CO2 ne pourra être réalisée que dans deux types de réservoirs géologiques :

  • les gisements de pétrole et de gaz épuisés (ou en voie d’épuisement avec récupération assistée) ;
  • les aquifères salins profonds.

De tels réservoirs géologiques potentiels sont localisés, au Québec, dans les Basses-Terres du Saint-Laurent, dans le bassin d’Anticosti et dans le bassin de la Madeleine. Les Basses-Terres du Saint-Laurent offre un bon potentiel pour le stockage  géologique du CO2. On y retrouve en effet des roches réservoirs (aquifères salins ou réservoir de gaz épuisé) à des profondeurs de plus de 1000 mètres qui sont surmontées de roches de couverture importantes. Cette couche couverture imperméable, généralement composée des Shales d’Utica et de la Formation de Lorraine, est présente de façon quasi-continue dans l’ensemble des Basses-Terres du Saint-Laurent.

Carte_bassins

Carte des bassins sédimentaires du sud du Québec. Le ligne rouge AB représente le tracé approximatif de la coupe géologique montrée à la figure suivante.

Coupe_Basses-Terres

Coupe géologique illustrant les réservoirs potentiels pour le stockage do CO2 dans les Basses-Terres du Saint-Laurent (d’après Castonguay et al., 2006).

Pour visualiser une vidéo récapitulative sur le stockage géologique du CO2, veuillez consulter le site internet du projet européen ZEP.