Roche captant le carbone

Les réactions chimiques qui extraient le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le stockent sous forme de roche solide à l'intérieur de formations géologiques pourraient compenser des milliards de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone chaque année, selon des chercheurs de l'Université Columbia, à New York. Les scientifiques disent que les recherches effectuées sur les grandes formations rocheuses à Oman suggèrent de nouvelles façons de séquestrer les émissions de dioxyde de carbone pour aider à réduire le réchauffement climatique.

Roche carbonatée : Un type de roche riche en magnésium, appelé péridotite, est parsemé de veines contenant du carbonate de magnésium qui se forment lorsque la roche entre en contact avec le dioxyde de carbone de l'atmosphère.

Les chercheurs ont montré que des formations rocheuses appelées péridotite, que l'on trouve à Oman et dans plusieurs autres endroits dans le monde, notamment en Californie et en Nouvelle-Guinée, produisent du carbonate de calcium et du carbonate de magnésium lorsqu'elles entrent en contact avec le dioxyde de carbone. Les scientifiques ont découvert que de telles formations à Oman séquestrent naturellement des centaines de milliers de tonnes de dioxyde de carbone par an. Sur la base de ces résultats, les chercheurs, écrivant dans la première édition actuelle du Actes de l'Académie nationale des sciences , calculent que le taux de séquestration du carbone dans les formations rocheuses d'Oman pourrait atteindre des milliards de tonnes par an, soit plus que les émissions de carbone aux États-Unis provenant des centrales électriques au charbon, qui s'élèvent à 1,5 milliard de tonnes par an.

La stratégie des chercheurs de Columbia est attrayante en raison du très grand potentiel de stockage de grandes quantités de dioxyde de carbone, selon Marco Mazzotti , directeur du Laboratoire des procédés de séparation à l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich, à Zurich. En règle générale, la stratégie actuelle de séquestration du carbone consiste à le pomper sous terre, où il est piégé dans des aquifères poreux. Étant donné que l'approche des chercheurs de Columbia stockerait le dioxyde de carbone sous forme de roche, cela éliminerait le risque que le dioxyde de carbone s'échappe, dit Mazzotti.

Les chercheurs ont découvert que les formations naturelles de péridotite à Oman capturaient le dioxyde de carbone dans un réseau de veines souterraines. La péridotite contient de grandes quantités d'olivine, un minéral composé de magnésium, de silicium et d'oxygène. Au fur et à mesure que l'eau souterraine réagit avec l'olivine, l'eau devient riche en magnésium dissous et en bicarbonate, ce dernier augmentant effectivement la concentration de carbone dans l'eau d'environ 10 fois. À mesure que cette eau s'infiltre plus profondément dans la roche et cesse de réagir avec l'air, le magnésium, le carbone et l'oxygène précipitent hors de la solution et forment du carbonate de magnésium, également appelé magnésite. La dolomite, qui contient du calcium, du magnésium, du carbone et de l'oxygène, se forme également. Au fur et à mesure que la magnésite et la dolomite se forment, elles augmentent le volume total de la roche d'environ 44 %, provoquant l'apparition de fissures tout au long de celle-ci, ce qui crée un réseau de fractures aussi petites que 50 micromètres de diamètre. Cela ouvre la roche et permet à l'eau de pénétrer plus loin. C'est un peu comme mettre le feu à une veine de charbon, dit Peter Kelemen , professeur d'études terrestres et environnementales à l'Université Columbia. Vous prenez des roches qui n'ont pas été exposées à l'atmosphère et vous les oxydez très rapidement.

Les chercheurs calculent que le processus naturel peut être considérablement accéléré. En utilisant des techniques couramment utilisées par l'industrie pétrolière pour augmenter la production de pétrole, la roche pourrait être davantage fracturée, augmentant ainsi la surface des réactions. Le dioxyde de carbone capté des centrales électriques pourrait alors être pompé dans la roche, où il déclencherait la formation de carbonates. Chauffer la roche augmenterait la vitesse des réactions. De plus, parce que les réactions elles-mêmes génèrent de la chaleur, une fois qu'elles atteignent un certain taux, elles s'auto-entretiennent. Initier cette réaction auto-entretenue nécessiterait de chauffer la roche à 185 °C, selon les chercheurs, ce qui pourrait être fait pendant le processus de fracturation de la roche. Ils calculent que dans un tel système, un kilomètre cube de roche stockerait un milliard de tonnes de dioxyde de carbone par an.

Sources minérales : Roche carbonate de calcium qui se forme lorsque de l'eau alcaline et riche en calcium s'infiltre dans les sources souterraines d'Oman.

Les chercheurs proposent une stratégie de séquestration du carbone qui éliminerait le besoin de transporter le dioxyde de carbone, ainsi que le besoin de chauffer la roche. Dans ce scénario, ils accéderaient à des formations rocheuses dans les eaux océaniques peu profondes au large des côtes d'Oman et ailleurs en les forant et en fracturant la roche à l'aide des techniques existantes de l'industrie pétrolière. Les chercheurs auraient foré deux trous. En un, ils pomperaient de l'eau de mer fraîche. La température de la roche augmente avec la profondeur, donc au fur et à mesure que l'eau est pompée dans les trous, elle deviendra plus chaude, jusqu'à atteindre près de 185 °C. Le dioxyde de carbone naturellement dissous dans l'eau précipiterait alors hors de la solution. L'eau chaude finirait par traverser la roche fracturée jusqu'au deuxième trou foré, où elle remonterait à la surface par convection. Cette eau de mer absorberait rapidement plus de dioxyde de carbone, car les eaux peu profondes et les vagues se mélangent bien à l'atmosphère. Parce que l'atmosphère transporte gratuitement du dioxyde de carbone partout dans le monde, dit Kelemen, cette approche, si elle est déployée à grande échelle, pourrait être utilisée pour abaisser les niveaux mondiaux de dioxyde de carbone.

Ce scénario serait limité par la concentration de dioxyde de carbone dans l'eau de mer, donc un kilomètre cube de roche ne séquestrerait qu'environ un million de tonnes de dioxyde de carbone par an. Mais comme il ne serait pas nécessaire de transporter du dioxyde de carbone ou de payer pour chauffer la roche, dit Kelemen, il serait possible de travailler avec des zones de roche beaucoup plus vastes et d'atteindre ainsi un taux de milliards de tonnes de dioxyde de carbone par an.

D'un point de vue conceptuel, tout ce qu'ils disent a du sens, dit Mazzotti. Pourtant, des questions subsistent quant à savoir si les méthodes fonctionneront dans la pratique. D'une part, les réactions auto-entretenues dépendent du carbonate de magnésium et d'autres précipités continuant à fracturer la roche pour en exposer davantage. Les chercheurs ont observé que cela s'est produit dans la géologie d'Oman, mais il n'est pas certain que cela se poursuivrait dans les scénarios qu'ils proposent. Les concepts des chercheurs devraient désormais être complétés par des tests à grande échelle, dit Mazzotti.

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