Alors que les concentrations de dioxyde de carbone mondial (CO2 continuent d'augmenter, les décideurs et les chercheurs cherchent d'urgence à appliquer des stratégies d'élimination permanente et évolutives du carbone au-delà des approches terrestres traditionnelles.L'océan, qui absorbe déjà environ un quart des émissions anthropiques de CO2, présente un immense réservoir naturel pour le stockage du carbone.Le captage et le stockage du carbone océanique (SCC) englobent une série de technologies et de processus naturels conçus pour accélérer cette absorption et enfermer le carbone pendant des siècles à des millénaires.

La mécanique de la capture et du stockage du carbone en mer

Bien que le CSC terrestre injecte généralement du CO[2 dans des aquifères salins profonds ou des réservoirs de pétrole épuisés, les approches océaniques tirent parti de la vaste capacité physique et biogéochimique des sédiments d'eau de mer et de fond marin. Les principales stratégies se divisent en trois catégories : injection directe, amélioration de la minéralisation et amplification biologique des pompes.

CO2 Injection

L'injection en mer profonde consiste à capturer du CO[2 à partir de sources ponctuelles, comme les centrales électriques ou les cimenteries, en le comprimant dans un fluide liquide ou supercritique, puis à le transporter par pipeline ou par navire jusqu'à un endroit désigné au large. Le CO2 est libéré à des profondeurs supérieures à 1 000 mètres, où la pression hydrostatique et les basses températures le font demeurer à l'état dense, liquide ou former un hydrate qui se dissout lentement dans l'eau environnante. Plumes de CO2 Des gouttelettes ou particules d'hydrates descendront et finiront par être piégées géologiquement dans des bassins océaniques profonds ou des sédiments sub-marins. Des expériences de terrain précoces, telles que le CO2] Le piégeage au large des côtes de la Norvège, ont démontré que le CO2[[

Amélioration de l'alcalinité océanique (AOE)

Les minéraux finement broyés, typiquement olivins, basaltes ou calcaires, sont dispersés sur les zones côtières, les eaux de surface ou directement dans l'océan. Ces minéraux se dissolvent au fil du temps, libérant des ions bicarbonates qui réagissent avec du CO[2 dissous pour former des espèces stables de bicarbonates et de carbonates. L'effet net déplace la chimie carbonatée de l'océan vers une plus grande alcalinité, augmentant ainsi la quantité totale de carbone inorganique que l'eau peut contenir comme bicarbonate dissous plutôt que comme gaz CO2. Cette approche non seulement séquestre le carbone mais aussi contre l'acidification de l'océan, un co-avantage critique.

Remontage artificiel et descente

Les systèmes artificiels de revalorisation apportent des eaux profondes riches en nutriments à la surface ensoleillée, stimulant les fleurs de phytoplancton qui fixent de façon photosynthèse le CO2 de l'atmosphère. Certains de ces puits de carbone organique vers l'océan profond, lorsque le plancton meurt, exportant efficacement du carbone de la surface. Inversement, les systèmes de revalorisation poussent les eaux de surface déjà équilibrées avec le CO2]– vers la profondeur, où le carbone peut être stocké pendant des siècles en raison de taux de mélange plus lents. Ces techniques sont souvent regroupées sous la pompe au carbone biologique.

Fertilisation des océans : approches macro- et micronutriments

La fertilisation océanique ajoute des nutriments limitants, le plus souvent le fer, mais aussi le phosphore ou l'azote, aux eaux de surface appauvries en éléments nutritifs pour stimuler la productivité primaire. La meilleure méthode d'étude est la fertilisation du fer dans les régions à teneur élevée en nutriments, à faible teneur en chlorophylle (HNLC) de l'océan Austral, du Pacifique équatoriale et du Pacifique subarctique. Des expériences à petite échelle comme SOIREE et EisenEx ont confirmé que les ajouts de fer déclenchent rapidement des éclosions de diatomées qui peuvent séquestrer le carbone en profondeur. Toutefois, l'efficacité du transfert de carbone vers l'océan profond est souvent faible, généralement inférieure à 10 % des puits de carbone fixes sous la thermocline saisonnière, et les impacts écologiques sur les communautés plancton indigènes demeurent mal compris.

Capture directe des océans

La capture directe de l'océan (DOC) est une approche technologique qui extrait le CO2 directement de l'eau de mer plutôt que de l'atmosphère. Le procédé utilise des cellules électrochimiques ou des méthodes de rotation du pH pour déplacer l'équilibre carbonaté, ce qui entraîne la libération de CO2 comme gaz pouvant être recueilli et stocké. Le CO[2-eau de mer appauvrie est ensuite retourné à l'océan, où elle réabsorbe le CO2--pour rééquilibrer efficacement le captage multipass.

Avantages des solutions de rechange terrestres fondées sur le CSC dans les océans

Les promoteurs soutiennent que les approches océaniques offrent plusieurs avantages uniques qui complètent le stockage purement terrestre :

  • Immmense capacité de stockage: Le volume de l'océan est énorme; l'océan profond en dessous de 1 000 m contient déjà environ 38 000 gigatons de carbone, et en améliorant l'alcalinité ou en injectant du CO2 dans des bassins profonds, nous pourrions théoriquement séquestrer des centaines à des milliers de gigatons supplémentaires – dépassant de loin le potentiel de stockage de tous les aquifères salins profonds connus sur terre.
  • Durabilité du stockage:[ CO2 dissous dans les eaux profondes de l'océan ou transformé en bicarbonate reste séquestré pendant des siècles à des millénaires en raison de la lente circulation de la mer profonde. Dans les réservoirs sous-marins, le piégeage géologique peut bloquer le carbone pour des périodes géologiques.
  • Conflit d'utilisation des terres :[ Le stockage en mer évite de concurrencer des terres agricoles, résidentielles ou de conservation rares, ce qui est un problème croissant pour les installations terrestres de CCS et de CAD.
  • Potentiel d'inverser l'acidification des océans:[ Des technologies comme l'amélioration de l'alcalinité des océans contreront activement la diminution du pH causée par l'absorption du CO[2, protégeant les organismes formant des coquilles et les récifs coralliens.
  • Distributed deployment:[ Les nations côtières ayant de grandes zones économiques exclusives peuvent déployer des projets océaniques sans compter sur des réseaux transfrontaliers de pipelines, réduisant la complexité des infrastructures et les risques géopolitiques.

Problèmes environnementaux et techniques

Malgré ses promesses, le CSC océanique doit surmonter d'importants obstacles avant que le déploiement à grande échelle ne soit considéré comme sûr et efficace.

Impacts écologiques

L'injection de CO2[ dans les eaux profondes augmente le pH local, créant des panaches acides qui peuvent nuire aux organismes benthiques et d'eau moyenne, y compris les méduses, le zooplancton et les coraux d'eau profonde. Même de petites diminutions du pH peuvent nuire au développement des larves et aux fonctions métaboliques. De même, l'amélioration de l'alcalinité de l'océan implique la propagation de poussières minérales qui peuvent étouffer les habitats du fond marin ou libérer des métaux lourds (p. ex., le nickel, le chrome) liés à l'olivine ou au basalte.

Fuite et permanence

Le CO2 injecté dans la colonne d'eau demeure mobile; contrairement au stockage géologique où le caprock fournit une barrière physique, le CO2 peut être transporté par des courants et éventuellement réémerger à la surface dans des régions de remontée. Le temps de séjour du CO[2 injecté dépend de la profondeur d'injection – l'eau de la couche de dépérissement a des taux de mélange plus lents – mais même à 3 000 m, une fraction de la surface atteindra quelques centaines d'années. Ce risque de fuite mine la classification -permanente du carbone exigée par les cadres comptables comme l'initiative des cibles fondées sur la science ou le programme de réduction et de compensation du carbone pour l'aviation internationale (CORSIA).

Les obstacles techniques et logistiques

Le transport de CO2[ vers les sites d'injection offshore implique la construction de vastes réseaux de pipelines ou le déploiement de navires porte-avions spécialisés dans le domaine du CO[2[. L'énergie nécessaire pour la compression, le pompage et l'exploitation des plates-formes offshore ajoute à l'empreinte carbone globale du processus, qui doit être négative nette pour le bénéfice du climat. L'amélioration de l'alcalinité exige des milliards de tonnes de roches d'extraction et de broyage chaque année pour avoir un impact significatif sur les niveaux mondiaux de CO[22, les niveaux requis nainant la production minière actuelle.

Cadres de réglementation et de gouvernance

Le Protocole de Londres et son amendement de 2009 (pas encore en vigueur) visent à réglementer la fertilisation des océans et d'autres activités de géoingénierie marine. La Convention des Nations Unies sur le droit de la mer (UNCLOS) établit la juridiction des États côtiers sur les fonds marins et les ressources des fonds marins, qui comprennent des réservoirs de haute mer. De plus, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a publié des rapports spéciaux qui décrivent les meilleures pratiques pour la surveillance, la notification et la vérification (MRV) de l'enlèvement du carbone en mer. L'un des principaux défis est l'absence d'une méthode unifiée de comptabilisation du carbone pour le stockage en mer, contrairement au stockage géologique terrestre, qui bénéficie de décennies d'expérience de l'industrie pétrolière et gazière, les systèmes marins sont plus complexes à surveiller et à vérifier.

Projets de recherche et projets pilotes en cours

Plusieurs initiatives importantes font progresser le CSC océanique, de la théorie à la pratique :

  • Projet Vesta (Caraïbes, Atlantique) – Se concentre sur l'érosion des olivines sur les plages tropicales pour améliorer l'alcalinité côtière et protéger les récifs coralliens de l'acidification.
  • Ebb Carbon=" Direct Ocean Capture (États-Unis) – Utilise un système électrochimique basé sur l'eau de mer qui capture 200 tonnes de CO2 par année d'une usine pilote et retourne l'alcalinité à l'océan.
  • (Union européenne) – Un projet Horizon 2020 qui étudie plusieurs technologies d'émission négatives basées sur les océans, y compris la fertilisation du fer, le soulèvement artificiel et l'amélioration de l'alcalinité des océans, avec une évaluation intégrée du cycle de vie et une analyse de gouvernance.
  • CO2-DISSOLVE (Japon) – Une expérience de terrain de dix ans près de la fosse Okinawa qui a injecté 5 000 tonnes de CO2 dans un réservoir sous-marin profond et a surveillé la migration du panache, les changements chimiques et les effets biologiques.
  • Programme de carbone et de biogéochimie océaniques (BBC) (États-Unis) – Un organisme de coordination scientifique qui publie des lignes directrices sur les meilleures pratiques pour mesurer l'absorption et l'exportation de carbone dans le cadre d'expériences d'élimination du dioxyde de carbone marin (MCDR).

Perspectives et feuille de route futures

Le rapport du Groupe de travail III du GIEC sur les changements climatiques en 2022 a conclu que la plupart des voies modélisées limitant le réchauffement à 1,5 °C reposent sur une forme quelconque d'élimination du dioxyde de carbone, y compris les options fondées sur les océans.

  1. Échelle de R-D:[ Augmenter le financement des projets pilotes de ~100 millions de dollars par année à plusieurs milliards de dollars par année, en mettant l'accent sur l'évaluation des incidences environnementales, l'optimisation technique et les technologies de MRV.
  2. Réseaux d'essais sur le terrain: Établir un réseau mondial de sites d'essais précommerciaux dans différents bassins océaniques (côtiers, grands océans et grands fonds) pour évaluer la faisabilité propre à chaque site.
  3. Clarté réglementaire:[ Élaborer des protocoles normalisés de comptabilité du carbone en vertu de l'Accord de Paris.
  4. Engagement du public : Engager les communautés côtières, les groupes autochtones et les ONG environnementales dès le début à établir la confiance et à répondre aux préoccupations concernant les perturbations écologiques potentielles.
  5. Intégration avec d'autres CDR:[ Combiner le CSC océanique au boisement terrestre, la bioénergie au captage et au stockage du carbone (BECCS) et le captage direct de l'air pour créer un portefeuille diversifié qui gère les risques et les coûts.

Conclusion

La technologie n'est pas une balle d'argent. L'injection en haute mer, l'amélioration de l'alcalinité et les interventions de pompes biologiques comportent toutes des incertitudes écologiques qui exigent une recherche rigoureuse, transparente et une gestion adaptative. La prochaine décennie sera critique : sans un effort massif et organisé pour tester et évaluer la CSC océanique sur le terrain, le monde risque de se bloquer vers un avenir où les émissions dépassent l'horizon irréversible. Avec une bonne gouvernance, une collaboration internationale et un investissement soutenu, les océans pourraient devenir un front indispensable dans la lutte contre le changement climatique, et non seulement une victime passive de la hausse du CO2, mais un partenaire actif dans le rétablissement de l'équilibre planétaire.

Rapport spécial du CIPC sur l'océan et la cryosphère dans un climat en évolution -NOAA Programme d'acidification des océans -]Institut océanographique du Trou des bois – Élimination du carbone dans les océans