La réduction de ces émissions, en particulier grâce à la réduction des consommations et aux technologies de captage, de transport et de stockage du CO2, constitue un défi de société majeur : l'IFP y répond en inscrivant ses travaux sur la réduction des émissions de CO2 au cœur de ses programmes de recherche.
Les émissions de CO2 ont augmenté de 60% depuis 1970 et devraient poursuivre leur progression en raison d'une consommation énergétique mondiale en forte croissance. Selon le GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat), si aucune mesure n'est prise, la teneur en CO2 dans l'atmosphère, qui est passée de 260 à 360 ppm (partie par million) aujourd'hui, dépassera 1000 ppm d'ici la fin du siècle, entraînant une élévation de température comprise entre 2 et 6°C.
Le CO2 n'est pas le seul gaz à effet de serre. Le protocole de Kyoto en prend en compte 5 autres, dont notamment le méthane et le protoxyde d'azote. Le CO2, dû aux énormes quantités rejetées par l'atmosphère, constitue cependant le principal contributeur à l'effet de serre additionnel lié aux activités humaines. Les travaux de l'IFP ne concernent aujourd'hui que ce dernier.
>> Emissions de CO2 et effet de serre : les grands chiffres (PDF - 180 Ko)
La mise en place d'un cadre réglementaire européen et international : une nécessité
>> La contrainte CO2 en France et en Europe : les chiffres (PDF - 160 Ko)
Une prise de conscience qui justifie la mise en place d'actions de R&D par la Commission Européenne
>> P. Dechamps - "Actions de recherche et développement visant à réduire les émissions de CO2 dans l'Union Européenne" (article en anglais, PDF - 90 Ko)
Les solutions pour lutter contre les émissions de CO2 sont de trois types :
En savoir plus :
- Lettre IFP "Les rendez-vous de l'innovation" : Numéro spécial - "L'IFP et le Captage/Stockage du CO2 (CSC)"
- Espace Découverte : Zoom sur les technologies de captage et stockage géologique du CO2 (Avril 2008)
et Zoom sur : Le stockage du CO2 dans le sous-sol (Janvier 2009)
- Comprendre le fonctionnement du captage et du stockage du CO2 : Notes de synthèse Panorama 2004
- Réduction des émissions de CO2 : les réponses de l’IFP (PDF - 470 Ko) (présentation de Olivier Appert, Président de l'IFP, lors d'une conférence de presse en octobre 2003 sur le thème "Réduction des émissions de CO2", PDF - 470 Ko)
La variété des compétences de l'IFP lui permet de couvrir les deux thématiques suivantes :
|
En quoi la R&D développée par votre centre de résultats participe-t-elle à la lutte contre l'effet de serre ?
Pouvez-vous nous parler plus précisément des programmes conduits sur les moteurs Diesel et essence ?
D'autres voies sont-elles explorées ? |
>> En savoir plus : "Vehgan : véhicule urbain à basses émissions de CO2 grâce à l’hybridation gaz naturel et au downsizing" (communiqué de presse - 29 avril 2008)
>> Notes de synthèse du Colloque Panorama 2009 : "Défis et enjeux pour les transports de demain"
Entretien avec Xavier Montagne, Chef du département Carburants, Lubrifiants, Émissions - Direction Techniques d'Applications énergétiques
Quels sont les axes de recherche dans le domaine des carburants ?
Dans le contexte de la réduction des consommations et donc des émissions de gaz à effet de serre et de l'amélioration de la qualité de l'air, l'IFP travaille sur la mise au point et sur le développement de nouveaux carburants, dits "carburants avancés", permettant un fonctionnement optimal des technologies moteurs utilisant les nouveaux modes de combustion. L'objectif est d'identifier les constituants des carburants et de nouvelles bases permettant de formuler des produits assurant le meilleur fonctionnement possible. Dans ce cadre, deux consortia ont été constitués, regroupant entre autres des constructeurs comme PSA, Renault, Ford, VW, Hyundai, Honda et Toyota, des pétroliers tels que Total et Aramco, ou encore des agences officielles telles l'Ademe, Japan Energy, etc.
En ce qui concerne les carburants alternatifs, l'IFP est particulièrement actif dans les domaines du GNV (gaz naturel comprimé pour véhicules), des biocarburants (esters méthyliques d'huile végétale et huile de colza ou de tournesol) et des GTL (gas to liquids). L'objectif poursuivi est le développement de moteurs dédiés en adaptant des moteurs classiques.
En savoir plus :
>> les recherches de l'IFP sur les carburants diversifiés
>> Dossier sur les biocarburants
Parmi l’ensemble des mesures susceptibles de réduire les émissions de CO2, le captage et le stockage géologique constituent une approche très prometteuse pour les années à venir. Cependant, il reste à surmonter les obstacles majeurs que sont la capacité à stocker des quantités très importantes de CO2, la capacité à réduire les coûts (qui restent actuellement élevés) et enfin la capacité à assurer la sûreté et l'intégrité à long terme du stockage.
>> En savoir plus sur les recherches menées par l'IFP sur le CO2
Les "Rencontres Scientifiques" sont des congrès organisés par l'IFP, centrés sur des thèmes correspondant aux domaines de recherche et d'expertise scientifiques de l'IFP, qui s'adressent aux milieux scientifiques (universitaires, chercheurs, industriels, etc.) tant nationaux qu'internationaux.
Les Rencontres Scientifiques de l'IFP, dont une à deux sessions sont organisées chaque année, ont pour objectif de permettre des échanges de points de vue, d'expériences et d'informations, et de présenter l'avancement ou les résultats des travaux de recherche des participants devant la communauté scientifique nationale et internationale.
En 2003, l'IFP a organisé une Rencontre Scientifique sur le thème : Gas-Water-Rock Interactions Induced by Reservoir Exploitation, CO2 and other Geological Storage. Les abstracts sont disponibles sur le site web de l'IFP en texte intégral (voir Publications ci-dessous).
Autre Rencontre Scientifique : Stockage Géologique du CO2 et de l'Energie en Aquifères Salins Profonds (27-29 mai 2009, IFP/Rueil-Malmaison)
- Dossier : Captage et stockage géologique du CO2 : état de l'art (Ce dossier a été réalisé par le Réseau Thématique CO2NET, partiellement financé par la Commission Européenne à travers le 5e Programme Cadre)
OGST - Revue de l'IFP - 2005, Vol. 60/n°03
- Dossier : Les Rencontres Scientifiques de l'IFP "Interactions gaz-eau-roche induites par l'exploitation des gisements, la séquestration du CO2 et d'autres formes de stockage souterrain"
>> Volume 1
>> Volume 2
OGST - Revue de l'IFP - 2005, Vol. 60/n°01 & 02
- Dossier : Quels carburants pour des moteurs à basses émissions de CO2 ?
OGST - Revue de l'IFP - 2004, Vol. 59/n°06
- Actions de recherche et développement visant à réduire les émissions de CO2 dans l'Union Européenne
P. Dechamps, P.A. Pilavachi
OGST-Revue de l'IFP - 2004, Vol. 59/n°03
- Affectation des émissions de CO2 et de polluants d'une raffinerie aux produits finis pétroliers
D. Babusiaux - OGST - Revue de l'IFP - 2003, Vol. 58/n°06
- Économies d'énergie et émissions de CO2 dans le traitement et l'utilisation des hydrocarbures
D. Decroocq - OGST - Revue de l'IFP - 2003, Vol. 58/n°03
- Écosuralimentation des moteurs à essence: une voie efficace pour réduire les émissions de CO2
P. Leduc, B. Dubar, A Ranini - OGST - Revue de l'IFP - 2003, Vol. 58/n°01
- La production de carburants propres pour l'avenir
P. Courty, J. F. Gruson - OGST - Revue de l'IFP - 2001, Vol. 56/n°05
- Un point de vue sur les besoins et les approvisionnements en énergie à l'horizon 2050
P.R. Bauquis - OGST - Revue de l'IFP - 2001, Vol. 56/n°04
Le CO2 est aujourd’hui clairement identifié comme le principal gaz à effet de serre, responsable du réchauffement climatique de la planète. Outre les transports, jugés responsables de 22 % des rejets en Europe, les principales sources anthropiques sont les installations de production d’électricité (39%) et l’industrie (22%). En dépit des incertitudes sur la ratification du protocole de Kyoto, la Commission européenne s’est engagée à réduire les émissions de 8% entre 1990 et 2012. A plus long terme, plusieurs pays industrialisés (hors États-Unis) ont même annoncé leur volonté de diviser par quatre, voire cinq, leurs rejets de CO2 d’ici 2025-2030. Les industriels sont d’autant plus concernés dans le contexte du marché des émissions de CO2 mis en place en 2005 en Europe, instaurant des pénalités liées à des quotas d’émission.
En attendant des solutions technologiques propres comme les énergies renouvelables, le captage du CO2 émis par des installations industrielles fixes, et son stockage dans des formations géologiques souterraines apparaissent comme une des solutions incontournables pour atteindre ces objectifs. Le CO2 est un gaz stable, non toxique et non explosif, et ses technologies de captage et de stockage sont connues. Le problème vient surtout des quantités en jeu : à l’échelle de la planète, elles sont considérables (23 milliards de tonnes émises par an).
Dans les installations industrielles existantes, une solution pour capter le CO2 émis dans les fumées de combustion est le lavage par solvant, technique connue mais à adapter à de gros volumes de fumées, souvent à faibles pressions et diluées en CO2. Le problème est que cette technique est encore très coûteuse. Des solutions de ruptures sont étudiées pour réduire par 3 le coût du captage en post combustion.
Dans les nouvelles installations, une solution pourrait consister à concevoir des chaudières dans lesquelles la capture de CO2 serait plus facile : la combustion se ferait en présence d’oxygène pur plutôt qu’à l’air. Les gaz de combustion seraient donc plus concentrés en CO2 et faciles à séparer. Néanmoins, la fabrication d’oxygène coûte cher. Des procédés innovants sont étudiés.
Une troisième voie serait de capter le CO2 avant la combustion en transformant le combustible en gaz de synthèse (un mélange de CO et d’hydrogène), comme c’est déjà le cas dans certaines usines. Ce CO réagit avec l’eau pour former du CO2 et de l’hydrogène, qui peuvent être facilement séparés ; l’hydrogène est par ailleurs une solution pour produire de l’énergie sans émission de CO2.
L’IFP travaille sur ces trois filières.
Il s’agit ensuite de transporter ces énormes quantités de CO2 (une centrale thermique en produit 2 à 3 millions de tonnes par an) jusqu’à un lieu de stockage. De telles solutions sont mises en œuvre depuis longtemps à grande échelle aux Etats-Unis, où des milliers de kilomètres de gazoducs alimentent en CO2 les champs pétroliers texans (pour la récupération améliorée du pétrole). La construction de ces infrastructures représente néanmoins des investissements considérables et des décennies de travaux. Cependant il est indispensable de réduire les coûts de transport et d'en accroître la sécurité.
Le problème le plus délicat concerne finalement le stockage, pas tant en terme de coût ou de technologie qu’en terme de choix de société : les principales incertitudes à lever concernent la pérennité et la fiabilité du stockage. On considère que les stockages doivent être sûrs, sans fuite massive, à l’échelle de quelques siècles. La nature l’a d’ailleurs déjà démontré par exemple dans des réservoirs naturels de CO2 (notamment présents en France), où ce dernier est confiné depuis des millions d'années.
Il faut néanmoins disposer d’outils de prédiction à l’échelle du millier d’années : l’IFP a développé le logiciel COORES™ pour simuler le devenir du CO2 dans le milieu souterrain et prévoir son parcours à l’échelle d’une région en cas de fuites. Des techniques géophysiques comme la sismique répétitive doivent également permettre de surveiller et contrôler les stockages. Des outils de mesure innovants devront par ailleurs être mis au point pour surveiller le stockage.
Trois solutions de stockage sont envisagées à l’heure actuelle : les gisements de pétrole et de gaz épuisés, les aquifères salins profonds ou encore les veines de charbon non exploitées. Chacune présente des avantages et des inconvénients.
L'IFP mène des travaux sur l'ensemble de la chaîne captage, transport et stockage géologique du CO2.
Le plus souvent, ces travaux sont conduits au sein de collaborations nationales et européennes.
|
Colloque international IFP - ADEME - BRGM : 5 & 6 novembre 2009 - Paris |
Répondant à la nécessité de fédérer les actions françaises dans le domaine du captage et du stockage géologique du CO2, le Club CO2, né en 2002 à l’initiative de l’ADEME (Agence De l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie), réunit des acteurs industriels (Total, Air Liquide, ARCELOR, Lafarge, Alstom Technologie, Electricité de France, GDF Suez, etc.), et des organismes et établissements de recherche publics (ADEME, BRGM, CNRS, IFP).
Le Club CO2 s'est fixé 3 missions principales :
- identifier des orientations et des stratégies pour les programmes scientifiques nationaux,
- défendre la position et l'offre technologique françaises dans les instances européennes et internationales,
- susciter et coordonner des actions de coopération entre les équipes de recherche du secteur public et les entreprises.
L'IFP avec des partenaires universitaires et industriels a été retenu comme leader sur plusieurs projets sur la thématique, captage, transport et stockage du CO2. L'IFP participe aussi à d'autres projets soutenus par ces agences. L'IFP est ainsi reconnu en France comme un des acteurs majeurs sur cette thématique.
>> Liste projets ANR / ADEME auxquels l'IFP participe
L'IFP, acteur déterminant de la plate-forme technologique ZEP
Créées par la Commission européenne, les plates-formes technologiques regroupent des industriels, des organismes publics et des ONG autour de projets dans des domaines jugés stratégiques par Bruxelles et dont les objectifs sont de faire des recommandations et de coordonner les actions à l'échelle de l'Europe.
L'IFP est aujourd'hui un partenaire incontournable d'une plate-forme portant sur la production d'électricité à partir de combustibles fossiles sans émission de CO2. Nommée ZEP (Zero emission fossil fuel power plants) et présidée par Vattenfall, elle a tenu sa première Assemblée Générale en 2006. Olivier Appert, le Président de l'IFP, en assure la vice-présidence. Les 12 et 13 septembre 2006, tout ce que l'Europe compte de spécialistes du sujet (RWE, EON, EDF, Alstom-Siemens, BP, Statoil, IFP, etc.) s'est ainsi retrouvé à Bruxelles afin de décider des grands axes de recherche et de dessiner un véritable plan de déploiement industriel pour améliorer le rendement des centrales thermiques et mettre en oeuvre des solutions de captage, de transport et de stockage géologique du CO2.
>> En savoir plus sur les plates-formes technologiques européennes
L'IFP leader du projet européen CASTOR
L'objectif du projet européen CASTOR (CO2 from CApture to STORage), financé par la Commission Européenne dans le cadre du 6ème PCRD (Programme Cadre de Recherche et Développement), et coordonné par l'IFP, est de développer les technologies devant permettre le captage et le stockage géologique de 10% des émissions européennes de CO2, soit 30% des émissions des grosses installations industrielles (centrales thermiques de production d'électricité principalement). CASTOR est le premier projet mondial à traiter, en même temps, les problématiques de captage et de stockage et à valider ses recommandations grâce à la mise en place de sites de test pilotes.
>> Inauguration de la première installation de captage du CO2 sur les fumées d'une centrale électrique au charbon - Projet européen Castor, Danemark (Dossier de presse - 15/03/2006)
>> www.co2-castor.com (site web du projet CASTOR)
>> Captage et stockage du CO2 : Le projet européen Castor piloté par l'IFP plébiscité (communiqué de presse - 30/06/2008)
L'IFP au coeur de CACHET, programme européen de recherche dans le domaine du captage du CO2
Un programme de recherche européen, Cachet (Carbon capture via hydrogen energy technology), a été lancé en octobre 2006 dans le domaine du captage du CO2. Financé par la Commission européenne pour une durée de 3 ans, le projet a pour objectif de développer des technologies visant à réduire de 90 % les gaz à effet de serre émis par les centrales électriques.
L'objectif de Cachet est de développer des technologies innovantes pour la production d'hydrogène à partir de gaz naturel, sans émission de CO2, en divisant par deux les coûts. L'hydrogène ainsi produit pourrait être utilisé pour fournir de l'énergie, l'eau étant le seul rejet.
Quatre technologies de captage du CO2 avant combustion, jugées les plus prometteuses pour la conversion du gaz naturel en hydrogène et le captage simultané du CO2, sont plus particulièrement étudiées, dont notamment le procédé HyGenSys, développé et breveté par l'IFP (vaporeformage du méthane et production d'électricité). L'objectif est de coproduire hydrogène et électricité avec une meilleure efficacité thermique tout en assurant le captage du CO2. Cette approche pourrait être une solution intéressante pour la production combinée d'électricité et de carburant pour les transports.
>> En savoir plus sur le projet Cachet
Les différents projets lancés dans le cadre du 6ème et 7ème PCRD (Programme-Cadre de Recherche, de Développement Technologique et de Démonstration) par l'Union Européenne sur le captage et le stockage géologique du CO2 permettent à l'IFP de valoriser tous ses domaines de compétences, qui couvrent l'ensemble des questions concernées, et de mettre en œuvre des coopérations internationales de haut niveau avec des industriels et d'autres organismes de recherche.
>> L'IFP est partie prenante dans de multiples projets européens liés au CO2 : voir la liste.
INCA-CO2 (International Co-operation Actions in CO2 Capture & Storage) est une action de support stratégique auprès de la Commission européenne dans ses relations internationales.
L'action, coordonnée par l'IFP, se situe sur 2 plans :
- organiser la présence européenne dans les forums internationaux, tels le Carbon Sequestration Leadership Forum (CSLF)
- identifier les voies de collaboration et les moyens d'y parvenir avec d'autres programmes de recherche sur le captage et le stockage du CO2 tels que ceux menée par les Etats-Unis, l'Australie et le Japon.
Le CSLF est une initiative américaine, ouverte à la coopération internationale, pour la recherche et développement dans les domaines du captage, du transport et du stockage du CO2.
Il a pour objectifs de :
- promouvoir le développement de technologies performantes et économes pour la séparation et le captage du CO2, pour son transport et son stockage sur le long terme dans des conditions de sécurité satisfaisantes
- disséminer ces technologies à l'échelle internationale
- faciliter le développement de ce concept par un environnement politique et réglementaire approprié.
Les membres de ce forum international sont les suivants : Afrique du Sud, Allemagne, Australie, Brésil, Canada, Chine, Colombie, France, Grande-Bretagne, Inde, Italie, Japon, Mexique, Norvège, Russie, Etats-Unis, ainsi que la Commission européenne.
Le projet intégré européen CASTOR a obtenu le label CSLF à Melbourne en septembre 2004.
Le congrès du CSLF de mars 2007 a été accueilli par l'IFP.
Le programme de l'AIE sur les gaz à effet de serre vise à évaluer les technologies de réduction des gaz à effet de serre, à disséminer les résultats des études et à identifier des cibles pour les programmes de R&D. Il est soutenu par 15 pays (Australie, Canada, Corée, Danemark, Finlande, France, Japon, Nouvelle Zélande, Norvège, Pays-Bas, Royaume-Uni, Suède, Suisse, Etats-Unis, Venezuela) ainsi que par la Commission européenne et de grands groupes industriels. La France est représentée par l'ADEME et les réunions du Comité Executif sont suivies conjointement par le BRGM et l'IFP.
>> www.ieagreen.org.uk (site du "IEA Greenhouse Gas R&D Programme")
Outre sa participation à différents projets européens, l'IFP est à l'initiative de travaux de recherche destinés à être menés en partenariat avec d'autres acteurs, notamment industriels, dans le cadre de JIP (Joint Industry Projects).
>> Voir la liste des JIP dans le domaine du CO2.
|
Collaboration Total-IFP pour le projet de stockage de CO2 de Lacq S'appuyant sur le pilote de captage et de stockage de CO2 que Total construit dans la région de Lacq, cette collaboration avec Total a pour objectif de tester, d'améliorer et de promouvoir les méthodologies développées à l'IFP dans le contexte du stockage géologique du CO2. Le pilote de Lacq sera la première opération en France de démonstration de la chaîne complète, du processus de captage du CO2 par oxycombustion jusqu’au stockage souterrain dans l'ancien gisement de gaz de Rousse à une profondeur de 4500 mètres. A partir de début 2009, 150000 tonnes de CO2 seront ainsi injectées sur une période de 2 ans. Dans le cadre de la collaboration avec Total, démarrée début avril 2008, l'IFP va participer à la préparation et au suivi des opérations de stockage, ainsi qu'à la compréhension des différents processus physico-chimiques mis en jeu. Les points suivants seront notamment abordés au cours de cette étude :
En savoir plus : Dossier du pilote de Lacq (site web de Total) |
+ Axes de recherche > CO2 maîtrisé
+ Développement industriel > L'offre de l'IFP dans le domaine du CO2
|
Le captage du CO2Des technologies pour réduire les émissions de gaz à effet de serreFabrice LECOMTE, Paul BROUTIN, Etienne LEBAS Editions Technip |
Claude Mabile, Directeur adjoint du Centre de Résultats Exploration-Production à l'IFP répond à nos questions.