Stockage souterrain de CO2 en Suisse

Pour atteindre son objectif de neutralité climatique nette d'ici 2050, la Suisse doit poursuivre la transition énergétique, que ce soit dans le domaine de l'électricité, du chauffage ou de la mobilité. Le stockage permanent du  CO₂ est un autre défi important. La Suisse doit notamment trouver une solution permanente pour les émissions qu'il est difficile ou impossible d'éviter, comme celles produites par les incinérateurs de déchets. Des scientifiques de l'ETH Zurich ont mené la première étude jamais réalisée pour déterminer si le CO₂ peut être stocké durablement dans le sous-sol suisse sous forme de roches carbonatées et quels critères devraient être remplis pour que cela soit possible. Ils et elles présentent leurs résultats dans une étude publiée récemment dans la revue Swiss Journal of Geosciences.

Comment la roche peut-elle être utilisée pour stocker le CO₂?

Dans un premier temps, les chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich veulent déterminer s'il existe en Suisse des zones où le CO₂ peut être stocké durablement dans le sous-sol rocheux. Le stockage permanent du CO₂ dans le sous-sol exige que la roche soit riche en calcium, en magnésium et en fer et qu'elle contienne le moins possible de dioxyde de silicium. Les candidats potentiels sont le basalte, la péridotite et la serpentinite. Pour une capacité de stockage idéale, la roche du sous-sol doit également avoir un certain volume et se situer à une profondeur d'au moins 350 mètres afin que la pression soit suffisamment élevée pour maintenir le CO₂ dans l'eau. Une température optimale comprise entre 90 et 185 degrés Celsius, ainsi que l'âge, l'état d'altération, la porosité et la perméabilité de la roche jouent également un rôle important.

«Ce sont là quelques-uns des critères qui doivent être remplis avant qu'une zone puisse être considérée comme un réservoir», explique Adrian Martin, dont le mémoire de maîtrise constitue la base de cette étude.

Pour stocker le CO₂ dans le sous-sol, on le dissout dans l'eau et on le pompe sous forme d'acide carbonique. L'eau utilisée est d'abord acide, c'est-à-dire qu'elle a un pH faible. Elle pénètre et dissout la roche poreuse, libérant des ions de fer, de magnésium et de calcium. Le pH de l'eau injectée augmente alors et, à un certain moment, une réaction inverse se produit : le CO₂ se combine au calcium et au magnésium pour former une roche carbonatée blanche, par exemple du calcaire. «Ce processus est appelé minéralisation in situ», explique Adrian Martin.

Potentiel reconnu, mais faisabilité discutable

Thanushika Gunatilake, ancienne post-doctorante de Stefan Wiemer, professeur au Département des sciences de la terre et des planètes de l'ETH Zurich et chef du Service sismologique suisse, a également participé à l'étude. Elle est aujourd'hui professeure assistante à la Vrije Universiteit Amsterdam et souligne que cette recherche à l'échelle nationale de types de roches adéquates est la première du genre en Suisse. Adrian Martin n'a pas seulement analysé de nombreuses études scientifiques, il a également examiné les cartes géologiques région par région et a identifié les endroits qui répondent aux critères et qui pourraient donc convenir à la minéralisation in situ du CO₂. Il s'agit notamment de la zone de Zermatt-Saas et de la nappe de Tsaté en Valais, ainsi que de la zone d'Arosa dans les Grisons.

Les zones identifiées par Adrian Martin ne sont actuellement pas adaptées au stockage souterrain permanent du CO₂. «Bien que la Suisse dispose de types de roches appropriés, nous sommes confrontés à des défis techniques majeurs», explique Adrian Martin. La structure géologique est très complexe en raison des strates rocheuses fortement plissées et des failles tectoniques. Dans la nappe de Tsaté, en Valais, les couches de roches appropriées dans des zones telles que celle située entre la Gouille et le Mont des Ritses peuvent avoir une épaisseur de plus de 500 mètres, alors qu'aux Diablons, l'épaisseur n'est que d'environ 150 mètres.

D'autres facteurs viennent s'ajouter au problème : les roches de la zone de Zermatt-Saas, par exemple, ont été transformées dans le passé par des pressions et des températures élevées et contiennent déjà de nombreux minéraux carbonatés, ce qui indique que l'absorption naturelle de CO₂ (c'est-à-dire la minéralisation antérieure) a déjà eu lieu. En outre, les roches de Zermatt sont très serrées les unes contre les autres dans le sous-sol et contiennent peu de cavités ouvertes ou de fissures dans lesquelles le CO₂ pourrait pénétrer.

En outre, le volume d'eau nécessaire à la minéralisation in situ est énorme : près de 25 tonnes d'eau seraient nécessaires pour stocker une tonne de CO₂. Adrian Martin ajoute : «En outre, il existe des obstacles économiques et sociétaux : Qui supportera les coûts ? Comment surmonter le scepticisme des résidentes et résidents locaux qui s'inquiètent de la pollution de l'eau, par exemple ? Quelles seraient les réglementations légales ?»

Méthodes alternatives de stockage du CO₂

Les scientifiques concluent que le stockage permanent du CO₂ par minéralisation in situ en Suisse n'est pas réalisable à court terme et semble inadapté à long terme. Elles et ils recommandent donc d'étudier d'autres méthodes de stockage. Thanushika Gunatilake a récemment publié une autre étude, portant cette fois sur le stockage du CO₂ dans les aquifères salins. Pour ce projet, les chercheurs ont analysé, à l'aide de simulations numériques, des données provenant de la région de Triemli à Zurich. Ils ont réussi à injecter du CO₂ dans l'unité géologique, le Muschelkalk inférieur, à une profondeur de plus de 2000 mètres sans eau. «Cette méthode de stockage du CO₂ est prometteuse», souligne Thanushika Gunatilake.

Il existe également des projets qui démontrent avec succès le stockage permanent du CO₂ sous terre. «Un exemple est le projet DemoUpCARMA, où le CO₂ de la Suisse a été transporté en Islande où il est maintenant stocké sous terre sous forme de roches carbonatées», déclare Adrian Martin.

Il est important de sensibiliser le public à cette question et de dissiper les mythes et les rumeurs. «Beaucoup de gens pensent que nous créons une bulle souterraine et qu'elle pourrait même exploser à un moment ou à un autre», explique Adrian Martin. «Mais le risque que représente le stockage souterrain du CO₂ pour le public est minime et les méthodes sont scientifiquement prouvées.»