Tous les sites de stockage doivent faire l’objet d’une surveillance, et ce pour différentes raisons. Celles-ci sont tout d’abord opérationnelles, car elles permettent de contrôler et optimiser le processus d’injection. Des raisons sécuritaires et environnementales poussent à surveiller les sites de stockage pour minimiser ou éviter tout impact sur les êtres humains, la faune et les écosystèmes situés à proximité d’un site de stockage. Il est nécessaire de surveiller ces sites pour des raisons sociétales, afin de fournir au public les informations nécessaires pour comprendre comment est assurée la sécurité du stockage et ainsi obtenir son soutien. Des raisons économiques sont également à noter, afin d’obtenir la confiance des marchés au sujet de la technologie du CSCV et de vérifier les volumes effectivement stockés afin de pouvoir les comptabiliser comme des émissions évitées.
Les techniques de monitoring actuellement appliquées au stockage de CO2 sont regroupées en trois familles selon leur zone d’application [7] :
• L’atmosphère et la zone souterraine proche de la surface
• Les couches recouvrant les réservoirs
• Le réservoir
2.3.1 Techniques de surveillance de l’atmosphère et de la zone souterraine proche de la surface
La surveillance aéroportée et satellitaire a pour but de mesurer des variations de concentration en CO2 dans l’atmosphère et la zone souterraine au-dessus du site de stockage, ainsi que d’observer d’éventuelles modifications de surface pouvant être corrélées à des fuites de CO2 afin d’assurer la sécurité de la population environnante. Avec cette technique, des mesures sur plusieurs km2 sont possibles mais de façon ponctuelles uniquement.
La microbiologie est également utilisée pour observer l’impact d’un polluant, et notamment le CO2, sur l’environnement et la biodiversité.
La technologie de détection par spectroscopie infrarouge est également utilisée pour détecter le CO2
au niveau du sol. Elle repose sur l’absorption du CO2 à 4,23 µm (Figure 7). Typiquement, ce genre de mesure s’effectue au-dessus du site de stockage. Les équipements actuels permettent de sonder le sol à des profondeurs peu importantes (de l’ordre du mètre) pour s’affranchir du CO2 provenant de la décomposition de matière organique par exemple. Des besoins existent concernant des mesures plus profondes pour obtenir des mesures de concentrations à des profondeurs plus importantes.
Figure 7: Spectre d'absorption du CO2 dans l'infrarouge [8]
2.3.2 Techniques de surveillance des couches recouvrant les réservoirs
Plusieurs techniques sont employées pour surveiller les couches recouvrant les réservoirs. Tout d’abord, il y a l’imagerie sismique, qui est couramment utilisée dans l’industrie pétrolière pour suivre l’évolution des propriétés des réservoirs au cours de leur production. L’imagerie sismique consiste à mesurer les temps de trajet d’ondes sonores envoyées dans le sol. Ces vibrations se propagent dans toutes les directions. Dès lors qu’elles rencontrent une couche géologique, une partie des ondes est réfléchie et repart vers la surface. L‘autre partie continue à aller plus profondément avant de rencontrer une seconde couche géologique et de repartir vers la surface. Ces ondes sont récupérées et enregistrées selon leur ordre d’arrivée. Les premières à arriver sont celles qui se sont déplacées en surface, puis viennent celles qui se sont réfléchies sur la première couche géologique, puis celles réfléchies sur la suivante, et ainsi de suite. On mesure ainsi le temps qu’a mis une onde réfléchie sur une couche géologique pour se déplacer de l’émetteur au récepteur. En déplaçant émetteur et récepteur de nombreuses fois, on peut établir une cartographie du sous-sol. Cette technique a été utilisée sur le réservoir de stockage de CO2 du site norvégien de Sleipner (Mer du Nord) [9, 10]. Malheureusement, cette technique est très coûteuse et ne peut être répétée qu’une fois par an en raison de la surface à étudier, du type de terrain ainsi que de la précision recherchée qui induit un temps d’acquisition relativement long [11]. La microgravimétrie, associée à des méthodes électriques et électromagnétiques, permet également de rendre compte de la modification structurale du sol traduisant la présence de fuites dans les sites de stockage de CO2.
L’analyse dans les sols de certains gaz libres comme O2, N2, CO2, Rn et He permet de détecter des anomalies de fuites associées à des discontinuités structurales dans la croûte terrestre.
2.3.3 Techniques de surveillance des réservoirs
La géochimie est extrêmement utilisée pour étudier les interactions entre l’eau, la roche et le CO2
dans le réservoir. Elle ne s’applique donc qu’en milieu aqueux. On peut alors observer des variations de pH, de composition isotopique et chimique. Sont également utilisés des traceurs chimiques comme le perfluorocarbone. Il a été utilisé afin de suivre la migration du CO2 injecté dans le réservoir dans le but d’observer d’éventuelles fuites (Projet Weyburn). D’autres traceurs comme l’hexafluorure de soufre s’appliquent aux milieux gazeux.
Les différentes techniques de surveillance évoquées précédemment sont explicitées dans la figure ci-dessous.
Figure 8: Techniques disponibles pour surveiller différentes parties d'un site de stockage de CO2 [5]
3 Valorisation du CO2
Depuis les années 80, de nombreux travaux de recherche ont étudié les voies potentielles d’utilisation du CO2 comme matière première.
Plusieurs voies de valorisation du CO2 après captage existent. Il y a tout d’abord la valorisation sans transformation du CO2 (récupération assistée d’hydrocarbures, utilisation industrielle : remplacement des gaz réfrigérants, utilisation du CO2 supercritique comme solvant…). Il existe aussi la valorisation par transformation chimique pour la synthèse de produits chimiques ou de produits à valeur énergétique et la valorisation par transformation biologique (algues, biocatalyse…). Toutes ces valorisations sont détaillées dans la figure ci-dessous [2].
Figure 9: Les différentes voies de valorisation du CO2
Les différentes voies de valorisation du CO2 identifiées sont scientifiquement plus ou moins bien connues et présentent des niveaux de maturité hétérogènes. La Figure 10 présente une estimation des potentiels d’émergence industrielle au niveau industriel des différentes voies, au niveau mondial. Ces estimations font ressortir quatre groupes distincts [12]:
• Les voies déjà industrialisées
• Les voies court-terme (première installation envisageable d’ici 5 ans)
• Les voies moyen-terme (première installation envisageable d’ici 5 à 10 ans)
Figure 10: Potentiel d'émergence industrielle des différentes voies [12]