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Le dioxyde de carbone (CO2) est le principal gaz à effet de serre contribuant au changement climatique, or on sait le capter et le transporter. En effet, ce gaz est parfois injecté dans des gisements de pétrole en voie d'épuisement pour en extraire les hydrocarbures résiduels (récupération assistée). Il peut aussi être utilisé dans d'autres industries notamment l'agroalimentaire.

Le secteur des hydrocarbures est l'un de ceux qui pratiquent d'ores-et-déjà la capture et le stockage du dioxyde de carbone

Le captage et la séquestration de carbone (ou CCS, carbon capture and storage), n'est donc pas entièrement de la science-fiction. Revue des technologies existantes...

Capturer le carbone

Pas simple d'isoler un gaz de l'air ambiant. La nature y parvient avec la photosynthèse, qui capte le dioxyde de carbone de l'air et le transforme en matière organique, mais c'est un procédé extensif : toutes les plantes et les algues de la planète ne suffisent qu'à absorber la moitié du dioxyde de carbone que nous produisons chaque année !
La capture de dioxyde de carbone à grande échelle ne peut se faire que sur une installation aux rejets importants. Cela limite pratiquement l'application de ce système aux installations industrielles utilisant un combustible fossile : centrale électrique à flamme, cimenterie, chaudière industrielle, etc.

Il existe aujourd'hui trois familles de technologie permettant de récupérer de grande quantité de dioxyde de carbone dans ce type d'installations :

• Postcombustion : le dioxyde de carbone est récupéré directement dans les fumées
• Oxycombustion : la combustion est réalisée avec de l'oxygène pur de telle sorte que les fumée sont composées de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone pratiquement pur
• Précombustion : ce procédé consiste a extraire le carbone avant la combustion. Cela peut se faire en produisant du monoxyde de carbone à partir du combustible (par exemple par vaporeformage ou oxydation incomplète) lequel réagit avec de la vapeur d'eau pour former d'une part du dioxyde de carbone, d'autre part du dihydrogène (cette opération est appelée shift-conversion). C'est ensuite l'hydrogène qui est brulé, ne produisant que de la vapeur d'eau. 

Les trois méthodes de captage du carbone : postcombustion, oxyréduction et précombustion (cliquez pour voir en plein écran)

Ces trois technologies ont en commun de consommer de l'énergie, et donc de faire baisser le rendement des installations sur lesquels elles sont utilisées, typiquement d'environ 15%. Par ailleurs ces procédés entrainent parfois la production d'autres polluants.

De plus, même si on parvient à le capter efficacement, il faut stocker le dioxyde de carbone de façon durable et sûre ce qui nécessite en plus parfois de le transporter...

Transporter et stocker le carbone

Une fois le dioxyde de carbone récupéré, il doit être acheminé vers son lieu de stockage ce qui peut se faire par pipeline ou par bateau. Il existe d'ores-et-déjà plusieurs milliers de kilomètres de pipeline servant à transport du carbone, le coût de ce transport se varie de 0.5 à 15€ par tonne et par centaine de kilomètres.

Le stockage quant à lui peut se faire de diverses manières. L'injection au fond des océans a, par exemple, été envisagée avant d'être abandonnée par crainte d'impacts importants sur l'environnement. C'est la séquestration géologique qui apparait aujourd'hui comme la solution la plus réaliste.
Une méthode simple consisterait à injecter le dioxyde de carbone dans les gisements de pétrole ou de gaz épuisés. L'avantage c'est  que l'on connait bien ces structures géologiques puisqu'on les a étudié pour en extraire des hydrocarbures : on sait où elles se trouvent et on est à peu près certain de leur étanchéité. Problème : ces gisements sont généralement loin des zones de consommation, il faudrait donc transporter le dioxyde de carbone sur de longue distance ce qui est coûteux et risqué.
Un solution plus facilement accessible serait l'injection dans les aquifères salins profonds, c'est-à-dire dans des roches poreuses situées à plusieurs centaines de mètres sous la surface, contrairement aux nappes phréatiques, proches de la surface, les aquifères profonds contiennent généralement de l'eau salée impropre à la consommation. Inconvénient : ces aquifères sont pour l'instant mal connus.

A l'heure actuelle, c'est le stockage qui pose le plus de problème mais chaque maillon de la chaine est encore très couteux en argent et en énergie.
Même si de nombreuses recherches sont en cours pour améliorer les procédés existants, il faudrait qu'ils gagnent en efficacité et qu'ils changent complétement d'échelle pour participer à la lutte contre le changement climatique... Un défi encore loin d'être gagné.



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Pics printaniers obligent, la pollution s'invite ces jours-ci dans toutes les discussions, de la machine à café jusqu'aux journaux télévisés. Mais il peut être difficile de s'y retrouver : si tous les polluants représentent une menace pour l'homme et l'environnement, il n'y a pas grand chose de commun, par exemple, entre les nitroxydes qui restent plusieurs mois dans l'atmosphère et le dioxyde de soufre qui disparaît en quelques heures, ou entre le dioxyde de carbone  inoffensif pour la santé (et largement responsable du changement climatique) et les particules en suspension qui sont associées à une augmentation de la mortalité...

Pour vous aider à vous y retrouver, je vous propose un aide-mémoire des principaux polluants atmosphériques et de leurs caractéristiques, une liste plus détaillée est disponible dans la suite de l'article.

Dioxyde de carbone

De quoi s'agit-il ? Le dioxyde de carbone (parfois appelé gaz carbonique) est une molécule composée d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène. Il est noté CO₂.
Quels effets ? Le dioxyde de carbone ne représente pas de danger pour la santé mais c'est le principal facteur du réchauffement climatique. Il représente à lui seul les 2/3 des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine.
Quelle durée de vie ? Le dioxyde de carbone est un gaz stable, sa durée de vie dans l'atmosphère est supérieure à un siècle.
D'où vient-il ? Essentiellement de la combustion d'énergie fossiles ou d'autres matières organiques (centrales à charbon ou à gaz, voitures, chauffages thermiques, incendies...) et des cimenteries.

Dioxyde d'azote

De quoi s'agit-il ? Le dioxyde d'azote est une molécule composée d'un atome d'azote et de deux atomes d'oxygène, il est noté NO₂. On lui associe parfois d'autres oxydes d'azote (notamment le monoxyde d'azote, NO), l'ensemble est alors désigné par l'abréviation NOx.
Quels effets ? Au contact de l'eau, le dioxyde d'azote se transforme en acide nitrique. C'est donc un gaz irritant susceptible de s'attaquer aux poumons et aux yeux, il est aussi responsable de pluies acides. Enfin, il participe à la formation d'autres polluants comme l'ozone et les particules fines.
Quelle durée de vie ? La demi-vie du dioxyde d'azote est d'environ 80 jours (c'est-à-dire qu'il faut 80 jours pour que la moitié du volume émis disparaisse). Cette durée de vie est suffisante pour que les oxydes d'azote voyagent sur de longues distances : il a par exemple été démontré que les émissions britanniques étaient responsables de pluies acides en Scandinavie.
D'où vient-il ? L'air ambiant est composé majoritairement d'azote et d'oxygène qui réagissent à haute température pour former du monoxyde d'azote, lequel peut ensuite réagir à nouveau avec de l'oxygène pour donner du dioxyde d'azote. Les véhicules à moteur et, dans une moindre mesure, les centrales thermiques sont responsables de l'essentiel de la production de NOx.

Ozone

De quoi s'agit-il ? L'ozone est une molécule composée de trois atomes d'oxygène, noté O₃.
Quels effets ? Dans la stratosphère, l'ozone permet de filtrer les rayons ultraviolets du soleil mais c'est aussi un oxydant capable, lorsqu'il se trouve à basse altitude (dans la troposphère), d'irriter les yeux et les voies respiratoires même à faible concentration : une augmentation de la mortalité a été démontrée lors des pics de pollution à l'ozone. Il s'attaque également aux végétaux, l'INRA estime par exemple qu'il est responsable d'une baisse de 5 à 10% des rendements du blé en Île de France, et aux matériaux oxydables. Enfin, il joue un rôle dans le changement climatique puisqu'il est responsable de 10% environ de l'effet de serre d'origine humaine.
Quelle durée de vie ? L'ozone possède une durée de vie assez courte, de l'ordre de 3 jours à 20°C.
D'où vient-il ? L'ozone est un polluant secondaire : il n'est pas crée directement par les activités humaines mais provient d'une réaction impliquant des polluants primaires (NOx, composés organiques volatils...) et le rayonnement solaire. Un bon ensoleillement est donc indispensable à sa formation.

Dioxyde de soufre

De quoi s'agit-il ? Le dioxyde de soufre est formé d'un atome de soufre et de deux atomes d'oxygène. Il se note SO₂.
Quels effets ? Le dioxyde de soufre est irritant, notamment pour les voies respiratoires. Il forme de l'acide sulfurique au contact de l'eau , il est donc responsable de pluies acides. Il peut également corroder la pierre et dégrader des bâtiments.
Quelle durée de vie ? Le dioxyde de soufre disparaît rapidement de l'atmosphère : sa demi-vie est de quelques heures.
D'où vient-il ? Le dioxyde de soufre se forme lors de la combustion d'un matériau contenant de soufre, les véhicules à moteurs et les centrales thermiques sont les principaux émetteurs. Les volcans peuvent également rejeter des composés soufrés.

Particules en suspension (PM10 et PM2.5)

De quoi s'agit-il ? Les particules en suspension (ou PM pour particulate matter) sont des poussières de très petite taille - la taille d'une bactérie voire moins. Elles sont classées en fonction de leur diamètre : PM10 pour les particules dont le diamètre est inférieur à 10 micromètres (ou 0.01 millimètre), PM2.5 pour celles dont le diamètre est inférieur à 2.5 micromètres (0.0025 mm), etc. Ces particules peuvent être formées de matières organiques, de sulfates, de suie, etc. et contenir des métaux lourds ou d'autres produits dangereux.
Quels effets ? Alors que les PM10 sont retenues au niveau du nez ou des voies aériennes supérieures, les PM2.5 sont suffisamment fines pour pénétrer jusqu'aux alvéoles des poumons. Elles peuvent déranger la respiration et sont associées à une augmentation de la mortalité. Elles contribuent également au noircissement des façades. 
Quelle durée de vie ? Les particules en suspension sont éliminées par la pluie ou en retombant naturellement au sol. En l'absence de précipitation, la durée de vie des particules peut aller de quelques heures à quelques jours (plus une particule est fine plus elle peut rester en suspension longtemps).
D'où viennent-elles ? Les particules en suspension sont produites notamment par les combustions industrielles, le chauffage, la construction et les travaux public, l'agriculture et l'automobile (en particulier les moteurs diesel). Le vent, ainsi que certaines activités humaines (circulation, nettoyage...) peuvent aussi remettre en suspension des particules tombées au sol.

Composés organiques volatils (COV)

De quoi s'agit-il ? Les composés organiques volatils sont des molécules contenant du carbone, de l'oxygène, de l'hydrogène et, éventuellement, d'autres atomes. On distingue trois familles principales :

• Les hydrocarbures aromatiques monocycliques (HAM), par exemple le benzène.
• Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), par exemple le benzopyrène.
• Les aldéhydes, dont le formaldéhyde. 

Quels effets ? Les composés organiques volatils provoquent des irritations et une diminution de la capacité respiratoire, certains sont de plus cancérigènes (c'est le cas des trois cités en exemple plus haut). Les COV peuvent également être des précurseurs de la création d'ozone.
Quelle durée de vie ? La durée de vie dans l'atmosphère est variable d'une molécule à l'autre. Elle est en général de quelques jours (environ 9 jours pour le benzène, par exemple).
D'où viennent-ils ? Les composés organiques volatils sont libérés lors de l'évaporation d'hydrocarbures liquides. Ils proviennent notamment des véhicules à moteur (remplissage du réservoir, gaz d'échappement...) et de certains procédés industriels (raffinage de pétrole, solvants industriels...). Ils représentent une part importante de la pollution intérieure (produits d'entretien, vernis, colle...).

Ce n'est pas tout...

J'ai laissé de coté dans cette liste quelques autres polluants atmosphériques moins souvent impliqués dans des épisodes de pollution, pour mémoire en voici quelques uns :

• Le méthane (CH4), le protoxyde d'azote (NO2) et les autres gaz à effet de serre émis par les activités humaines. Une liste plus complète peut être trouvée ici.
• Le monoxyde de carbone (CO) crée lors d'une combustion incomplète, il est à la fois toxique pour l'homme et précurseur de l'ozone et du dioxyde de carbone.
• Les métaux lourds qui peuvent se retrouver en suspension (plomb, mercure, arsenic...), ce sont des polluants persistants qui s'accumulent dans l'organisme avec des effets à long terme sur le système nerveux, les reins, le foie, les poumons...
• Les pollens, d'origine naturelle mais susceptibles de déclencher des allergies.
• Les dioxines, famille de molécules contenant du chlore dont certaines sont très toxiques.
• Les pesticides utilisés par l'agriculture et susceptibles d'avoir des effets sur la santé.

Publié le 13 avril 2015 par Thibault Laconde, dernière mise à jour le 11 avril 2016