Surveillance CSC

Garantir la sécurité du stockage géologique

Pour garantir une sécurité optimale du stockage géologique, le réservoir géologique doit être adéquatement choisi. Seuls les réservoirs adaptés pour emprisonner le CO2 à long terme doivent être retenus. Pour ce faire, une caractérisation précise et complète des structures géologiques où se situe le réservoir potentiel doit être réalisée. Des outils de modélisation numériques sont alors utilisés pour simuler le comportement du CO2 sur de longues périodes et ainsi évaluer la sécurité du stockage.

Une connaissance approfondie des sites de stockage doit permettre d’identifier les chemins potentiels de migration du CO2 et ainsi de choisir le site le plus sécuritaire en prévoyant les comportements du gaz. Cela permettra d’évaluer et de prévenir de possibles impacts sur les êtres humains et sur les écosystèmes (CO2GEONET, 2008).

L’étude des réservoirs de gaz existants à l’état naturel permet  de comprendre dans quelles conditions ces gaz sont stockés. En effet, ces gaz sont naturellement piégés dans un état stable pendant des millions d’années. Dans ces réservoirs naturels, les fuites significatives de gaz sont rares et généralement reliées à une activité sismique ou volcanique importante, c’est-à-dire un tremblement de terre ou une éruption volcanique. Ce qui montre bien qu’il est nécessaire de choisir un site de stockage dans un environnement géologiquement stable.

Les fuites sont donc toujours le résultat de la combinaison d’un certain nombre de facteurs bien spécifiques. C’est pourquoi il est peu probable qu’un site de stockage géologique de CO2, soigneusement choisi et conçu, puisse fuir (CO2GEONET, 2008).

Quelle surveillance du site ?

Afin d’assurer la sécurité du site et de contrôler le stockage effectif du CO2 dans le réservoir, plusieurs méthodes de surveillance sont mises en œuvre avant, pendant et après l’injection du CO2. La surveillance du site est donc continue tout au long du processus de stockage.

Avant même le processus d’injection, des mesures sont effectuées afin de caractériser l’état initial du site. Il s’agit, entre autres, de mesurer les concentrations naturelles de CO2 dans le sol, l’air et l’eau souterraine et de surface. Ceci permettra de comparer les conditions du milieu pendant et après l’injection avec les conditions initiales et ainsi identifier tout changement engendré par les opérations sur le site de stockage (IPCC, 2005).

Au moment de l’injection et dans la période immédiate suivant celle-ci, la surveillance doit être maximale. C’est effectivement lors de cette étape que les risques sont les plus élevés. Différentes techniques complémentaires peuvent être mises en œuvre pour surveiller les sites d’injection :

  • ajouts de traceurs dans les flux de CO2 injectés et surveillance de ces traceurs dans le réservoir et à la surface ;
  • mesures de pression et de température dans les puits (forages) ;
  • réseau d’enregistrement en continu de la sismicité ;
  • sismique réflexion ;
  • méthodes géophysiques en forage.

Certaines de ces techniques sont opérées en continu tandis que d’autres n’offrent la possibilité que d’acquérir des mesures de façon ponctuelle dans le temps. Les méthodes géophysiques peuvent aider à déterminer, avec différents degrés de résolution, le chemin suivi par le panache de CO2 dans le réservoir. Ces méthodes sont issues de l’industrie pétrolière et sont donc relativement bien connues.

Les données obtenues pendant la phase d’injection du CO2 permettent de confronter à la réalité le modèle numérique du réservoir qui prédit le comportement du CO2 dans celui-ci. En cas d’incohérence, le modèle devra être mis à jour pour affiner l’estimation de la diffusion du panache de CO2 dans le réservoir géologique.

Existe-il des risques de fuites du CO2 ?

Un risque de fuite massive est quasi nul puisque le CO2 stocké géologiquement devrait franchir différentes barrières avant de pouvoir rejoindre l’atmosphère. En effet, plusieurs mécanismes contribuent à stopper la remontée du CO2 :

  • les barrières stratigraphiques et structurales : la migration du CO2 est stoppée par des roches couvertures imperméables par exemple ;
  • la saturation résiduelle : une fraction du CO2 injecté est immobilisée dans les pores de la roche saturée en eau ;
  • les barrières géochimiques : une partie du CO2 est dissoute dans l’eau et/ou transformée pour former de nouveaux minéraux.

Voir la page sur le stockage pour plus de détails sur les mécanismes de piégeage.

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La sécurité du site de stockage dépend d’une combinaison de mécanismes de piégeage physiques et géochimiques. Avec le temps, l’immobilisation du CO2, la dissolution dans l’eau et la minéralisation augmentent (modifiée de IPCC, 2005).

Ces mécanismes se produisent à des échelles de temps différentes (immédiatement après le début de l’injection dans le cas de la dissolution et jusqu’à quelques milliers d’années dans le cas de la minéralisation) et ils peuvent entrer en compétition les uns avec les autres. Néanmoins, au fur et à mesure que le temps passe, le CO2 est de plus en plus « piégé » dans le réservoir.

Il existe un risque très faible de fuites diffuses, et plus le temps s’écoule, plus ce risque diminue. Une fuite serait le résultat d’une combinaison de facteurs spécifiques (zone géothermique, volcanique ou sismique, fortes fractures, failles actives, …). Ces facteurs sont évalués avant le choix du site de stockage et les sites présentant ces risques sont éliminés. Ainsi, il est peu probable qu’une fuite puisse avoir lieu si le site de stockage a été rigoureusement choisi et conçu.

Impacts du CO2

Même si le risque de fuite d’un site de stockage géologique est quasi nul, il faut connaître les impacts potentiels dus aux fuites de CO2. Le CO2 est naturellement présent dans l’air. Il devient dangereux pour la santé humaine et celle des autres êtres vivants à des concentrations de plus de 5%. Si la concentration de CO2 dans l’air avoisine les 5%, ce gaz provoque des maux de tête, des vertiges et des nausées. Au-delà de ce seuil, il peut entrainer la mort par asphyxie lorsque la concentration d’oxygène dans l’air descend sous les 16%. Néanmoins, si du CO2 s’échappe dans une zone ouverte ou plane, il se disperse rapidement dans l’air même en l’absence de vent (CO2GEONET, 2008).

L’impact possible sur l’environnement varie selon que le site se situe sur terre (onshore) ou en mer (offshore). Au Québec, seuls les sites de stockage onshore sont actuellement à l’étude. Dans un tel cas, l’effet d’une fuite de CO2 sur la végétation est très localisé autour de la fuite de gaz. Au delà d’une concentration de 30% dans l’air, le CO2 peut avoir un effet létal sur les plantes (CO2GEONET, 2008).

L’impact possible d’une fuite de CO2 sur les eaux potables souterraines n’est pas à négliger même si ses effets resteraient très localisés. Le CO2 peut en changer la composition chimique, notamment en la rendant plus acide.

Qu’est-il arrivé au Lac Nyos?

Le 21 août 1986, au Cameroun, le Lac Nyos « explose » (éruption limnique). Il libéra environ un kilomètre cube, équivalent à 1 milliard de m3, de CO2, ce qui entraîna la mort de 1800 personnes et de 3000 animaux.

Le lac Nyos est un lac situé dans le cratère d’un volcan. Du CO2, s’échappant de cheminées volcaniques souterraines, se dissout et se concentre dans le fond du lac continuellement. En 1986, un tremblement de terre engendra un glissement de terrain qui perturba la stratification des eaux du lac (« renversement du lac »). De fait, les eaux profondes du lac, très riches en CO2, sont remontées à la surface et le gaz a alors jailli. Plus lourd que l’air, il s’est écoulé le long des parois du volcan vers les vallées adjacentes où il asphyxia les êtres vivants.

Schéma de l'accident du lac Nyos.

Schéma de l’accident du lac Nyos.
Étape 1 : Avant le tremblement de terre, le CO2 s’accumule au fond du lac.
Étape 2 : Après le tremblement de terre, le CO2 jaillit et s’écoule vers les vallées.

D’autres lacs de ce type existent à travers le monde. Dans la plupart des cas, un dégazage préventif des eaux profondes est maintenant réalisé.

Il faut bien comprendre que ce scénario ne pourrait avoir lieu dans le cas d’un site de stockage géologique de CO2 où le gaz est stocké à au moins 800 mètres de profondeur et donc isolé de l’atmosphère.