Sélection de sites pour la séquestration géologique du CO2 en Suisse

L’opération de captage et de stockage du gaz carbonique (CSC), également connue sous le nom de séquestration, est désormais une pratique répandue et une voie viable pour réduire les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone (CO₂) avec des implications sur le changement climatique et le réchauffement planétaire. La séquestration réussie du CO₂ dans des formations profondes (appelées puits) à 800 mètres ou plus sous le sol fournit une solution de stockage permanent du CO₂ anthropique émis par de grosses sources industrielles (par exemple, les cimenteries, les incinérateurs de déchets ou les centrales au charbon, voir figure 1). La séquestration du CO₂ est vitale pour garantir la durabilité environnementale en réduisant les émissions de gaz à effet de serre. Les cibles potentielles de stockage souterrain pour la séquestration du CO₂ englobent les réservoirs d'hydrocarbures appauvris, les aquifères (formations salines), les veines de charbon non exploitables, les schistes riches en matières organiques et les formations basaltiques.

En Suisse, malgré le potentiel de capacité de stockage théorique prometteur de 2670 millions de tonnes de CO₂ pour le bassin suisse de molasse (Chevalier et al., 2010), la possibilité d'un stockage souterrain adapté à grande échelle pour le CO₂ doit encore être évaluée avec précision. Un criblage régional précis menant à l'identification de sites candidats adaptés au stockage pilote ou commercial du CO₂ en Suisse représente un défi de taille. Surtout, la rareté ou le manque de données géologiques disponibles ou fiables rendent ce défi plus aigu encore. Une autre difficulté tient à la complexité géologique et à l'hétérogénéité verticale et latérale du sous-sol. Malgré ces difficultés, les scientifiques vont mener une activité de détection de site dans le cadre du projet ELEGANCY pour identifier les zones potentielles propices au stockage souterrain de CO₂ en Suisse.

Figure 1: Diagramme schématique pour le stockage de CO₂ dans un site potentiel en Suisse.

L'objectif de la présente étude est d'identifier des sites candidats en Suisse qui remplissent les conditions nécessaires pour l’injection sûre et la sécurité du stockage à long terme du CO₂ conformément aux meilleures pratiques mondiales prévues (par exemple, Aarnes et al., 2019; NETL, 2017). Il s'agit de quantifier les propriétés importantes nécessaires aux sites d'injection et de stockage de CO₂. Une fois les quantifications effectuées, les scientifiques modéliseront le panache du CO₂ dans la formation de stockage ciblée et évalueront le risque et les incertitudes associées. Pour y parvenir, ils examineront les données géologiques souterraines existantes. Plus précisément, ils rechercheront des structures souterraines avec des données sismiques 2D régionales. En outre, ils examineront un vaste ensemble de données non géologiques et culturelles (c'est-à-dire la proximité de sources ponctuelles de CO₂ telles que les incinérateurs et les cimenteries, les volumes disponibles de CO₂, les conflits d'utilisation souterraine, etc.).

Les scientifiques ont proposé un processus de sélection prenant en compte le cadre géologique souterrain de la Suisse, son utilisation souterraine en termes de géo-énergie existante, en cours et à venir, les projets de stockage des déchets nucléaires, la manifestation souterraine des fluides et le cadre réglementaire prévu. Le processus de travail qu'ils ont développé dans cette étude (voir figure 2) devrait servir de guide et serait idéalement applicable à tout site de stockage géologique de CO₂ prometteur en Suisse.

Les sites potentiels actuellement à l'étude en Suisse comprennent plusieurs emplacements où la géologie souterraine est connue grâce à l'existence d'anciens puits profonds préalablement forés pour des explorations d'hydrocarbures (voir figure 2). Ces découvertes antérieures d'hydrocarbures dans le sous-sol suisse pourraient être une indication intéressante des caractéristiques appropriées du sous-sol telles que la présence de réservoirs et leur transmissivité. Cependant, des investigations supplémentaires doivent être menées pour estimer avec précision la connectivité, la capacité de stockage et les risques associés (c'est-à-dire la sismicité induite) associés à l'injection de CO₂.

En général, les régions avec des réservoirs de gaz naturel épuisés sont des sites potentiels et appropriés pour le CSC en fonction de la capacité de stockage disponible, de la roche couverture/piège avérée, de la solide connaissance du réservoir de stockage et de l’existence des infrastructures de surface. De plus, les réservoirs situés à une profondeur inférieure à 3000 mètres sous terre sont associés à des températures géothermiques supérieures à 1000 Celsius. Cela peut permettre de produire de l'électricité en utilisant des systèmes CO₂-Plume-Geothermal (CPG) où le CO₂ injecté dans le réservoir est ensuite utilisé à la surface pour faire fonctionner la turbine et produire de l'électricité (Randolph et Saar, 2011, voir figure 2).

Figure 2: Exemples de diffèrent facteurs a considérer pour la selection d’un site potentiel de stockage de CO₂ en Suisse.

Les études de criblage et de sélection des sites sont actuellement en cours dans le cadre du projet ELEGANCY pour identifier les structures géologiques capables de piéger le CO₂ dans le cadre d'une opération CSC pilote ou commerciale. Le processus final comprendra de solides modèles géologiques conceptuels pour les sites identifiés, ce qui mènera à la construction de modèles géo-cellulaires statiques 3D. Les scientifiques modéliseront ensuite les intervalles d'aquifère ou de réservoirs identifiés avec des valeurs de porosité et de perméabilité pertinentes. Compte tenu de la vaste gamme d'incertitudes liées au sous-sol et de la variabilité des paramètres des réservoirs, ils effectueront des évaluations volumétriques probabilistes de la capacité de stockage. Finalement, les scientifiques utiliseront les modèles statiques 3D comme entrée pour la simulation dynamique pour comprendre le sort du panache de CO₂ et comme base pour la modélisation géo-mécanique pour prédire la sismicité induite associée aux tests d'injectivité.

Dr. Ovie Emmanuel Eruteya

Prof. Dr. Andrea Moscariello