Le captage du carbone : comment ça marche et à quoi ça sert ?

Et si l’on pouvait attraper le dioxyde de carbone avant qu’il ne s’échappe dans l’atmosphère, voire aspirer celui qui s’y trouve déjà ? L’idée, qui ressemble à de la science-fiction, est pourtant au cœur de nombreuses stratégies climatiques. Le captage du carbone regroupe un ensemble de techniques capables de séparer le CO2 des fumées industrielles ou de l’air ambiant, puis de le transporter pour l’enfouir dans des couches géologiques profondes ou lui donner une seconde vie. Comment ça marche, à quoi cela sert, et pourquoi les scientifiques appellent-ils à ne pas en attendre des miracles ? Tour d’horizon.

Pourquoi vouloir capter le carbone ?

Le principal moteur du réchauffement climatique est l’accumulation de CO2 dans l’atmosphère, liée à la combustion des énergies fossiles et à la déforestation. À l’échelle mondiale, les activités humaines émettent de l’ordre d’une quarantaine de milliards de tonnes de CO2 chaque année. Pour stabiliser le climat, il faut atteindre la neutralité carbone, c’est-à-dire ne pas émettre plus que ce que l’on retire de l’atmosphère. Pour situer le rôle du CO2 parmi les gaz à effet de serre et les causes et conséquences du réchauffement, deux articles de notre site font le point.

La première priorité reste de réduire les émissions : sobriété, efficacité énergétique, énergies renouvelables, électrification. Mais certaines émissions sont très difficiles à supprimer. C’est le cas du ciment : lors de sa fabrication, le calcaire chauffé libère du CO2 par simple réaction chimique, indépendamment de l’énergie utilisée. Certains procédés de la chimie, de la sidérurgie ou de l’incinération des déchets sont dans la même situation. Pour ces émissions dites « résiduelles », le captage apparaît comme l’une des rares options. C’est pourquoi il figure parmi les briques de la green tech les plus étudiées, et les plus débattues.

Dans ses scénarios compatibles avec une limitation du réchauffement à 1,5 ou 2 °C, le GIEC intègre d’ailleurs une part d’élimination du CO2 atmosphérique, en complément — et non en remplacement — de réductions rapides et profondes des émissions.

Comment fonctionne le captage du CO2 industriel ?

Le captage et stockage du carbone, souvent désigné par le sigle CSC (ou CCS en anglais), se déroule en trois étapes : capter, transporter, stocker.

Capter à la source

Dans les fumées d’une cimenterie ou d’une centrale, le CO2 est mélangé à d’autres gaz, principalement de l’azote. Plusieurs méthodes permettent de l’isoler :

• La postcombustion : les fumées traversent un solvant, souvent à base d’amines, qui retient le CO2. Le solvant est ensuite chauffé pour libérer un CO2 presque pur, puis réutilisé. C’est la technique la plus répandue, car elle s’ajoute à une installation existante.
• La précombustion : le combustible est d’abord transformé en un mélange d’hydrogène et de CO2, que l’on sépare avant de brûler l’hydrogène.
• L’oxycombustion : on brûle le combustible dans de l’oxygène pur plutôt que dans l’air, ce qui produit des fumées composées essentiellement de CO2 et de vapeur d’eau, plus faciles à traiter.

Transporter

Une fois capté, le CO2 est comprimé pour occuper moins de volume, puis acheminé par canalisation, par bateau ou, plus rarement, par camion ou train vers son lieu de stockage ou d’utilisation.

Stocker sous terre

Le CO2 est injecté à grande profondeur, généralement à plus d’un kilomètre, dans des roches poreuses surmontées d’une couche imperméable : anciens gisements de gaz ou de pétrole, ou aquifères salins profonds. Avec le temps, une partie se dissout dans l’eau des roches ou se minéralise. En Norvège, du CO2 est ainsi injecté sous la mer du Nord depuis 1996, à hauteur de l’ordre d’un million de tonnes par an, ce qui en fait l’un des retours d’expérience les plus longs au monde.

Capter le CO2 directement dans l’air

Une autre approche, plus récente, consiste à extraire le CO2 de l’air ambiant : c’est le captage direct dans l’air, ou DAC (pour Direct Air Capture). De grands ventilateurs font passer l’air à travers des filtres ou des liquides qui fixent le CO2, lequel est ensuite récupéré par chauffage.

L’avantage est de taille : ces installations peuvent être placées n’importe où et retirer du carbone déjà émis, y compris celui des transports ou du chauffage. Mais la difficulté l’est tout autant. Le CO2 ne représente qu’environ 0,04 % de l’air : il faut donc brasser d’énormes volumes pour en capter une tonne, ce qui demande beaucoup d’énergie. Les premières installations, notamment en Islande où le CO2 capté est minéralisé dans le basalte, traitent de quelques milliers à quelques dizaines de milliers de tonnes par an. C’est un début prometteur, mais très loin des milliards de tonnes en jeu.

Stocker ou réutiliser : deux voies différentes

Le CO2 capté peut aussi servir de matière première. On parle alors de captage et utilisation du carbone (CUC, ou CCU en anglais). Quelques exemples :

• la gazéification des boissons et l’enrichissement de l’air des serres pour stimuler la croissance des plantes ;
• la fabrication de carburants de synthèse, en combinant le CO2 avec de l’hydrogène produit par électrolyse ;
• la production de matériaux de construction, le CO2 réagissant avec certains minéraux pour former des carbonates stables ;
• la chimie, pour fabriquer certains plastiques ou solvants.

Attention cependant : dans la plupart de ces usages, le carbone n’est stocké que temporairement. Un carburant de synthèse relâche son CO2 lorsqu’il est brûlé, une boisson gazeuse en quelques minutes. Seules la minéralisation et le stockage géologique offrent une séquestration sur des milliers d’années. La réutilisation permet surtout de remplacer du carbone fossile, ce qui a son intérêt, mais ne retire pas durablement de CO2 de l’atmosphère.

Les puits naturels, premiers capteurs de carbone

Avant d’être une affaire d’ingénieurs, le captage du carbone est un phénomène naturel. Les océans et les écosystèmes terrestres absorbent ensemble environ la moitié du CO2 émis chaque année par les activités humaines. La photosynthèse des forêts, des prairies et du phytoplancton transforme le CO2 en matière vivante, tandis que les sols, les tourbières et les herbiers marins en stockent de grandes quantités.

Protéger et restaurer ces puits est donc une stratégie essentielle, souvent moins coûteuse que les technologies industrielles et bénéfique pour la biodiversité, comme le soulignent conjointement le GIEC et l’IPBES. On peut aussi prolonger ce stockage en utilisant la biomasse de façon durable : le carbone absorbé par un arbre reste piégé tant que le bois n’est ni brûlé ni décomposé. C’est l’un des grands atouts des matériaux de construction biosourcés comme le bois de construction, la paille ou le chanvre, qui stockent du carbone pendant toute la durée de vie du bâtiment.

Une variante combine les deux mondes : la bioénergie avec captage et stockage du carbone (BECCS). On brûle de la biomasse pour produire de l’énergie, puis on capte et on enfouit le CO2 émis. En théorie, le bilan devient négatif. En pratique, la disponibilité de biomasse durable et la concurrence avec les terres agricoles limitent fortement son potentiel.

Les limites et les débats

Le captage du carbone suscite autant d’intérêt que de réserves. Voici les principaux points de discussion :

• Le coût : capter, comprimer, transporter et stocker représente un investissement lourd, particulièrement pour le captage dans l’air, nettement plus cher que le captage sur les fumées concentrées d’une usine.
• L’énergie : le processus consomme une part significative de l’énergie produite ou nécessaire au site. Si cette énergie est fossile, le bénéfice se réduit.
• L’échelle : les capacités de captage en fonctionnement dans le monde se comptent aujourd’hui en dizaines de millions de tonnes par an, à comparer à des émissions de l’ordre de quarante milliards de tonnes.
• La sûreté du stockage : les sites doivent être choisis avec soin et surveillés sur le long terme pour prévenir toute fuite.
• Le risque d’alibi : certains craignent que la promesse d’un captage futur serve à retarder la réduction des émissions. C’est pourquoi les scientifiques insistent sur le fait qu’il s’agit d’un complément.

Où en est-on en France et en Europe ?

L’Europe s’est dotée d’objectifs de capacité de stockage du CO2 et de règles communes encadrant le stockage géologique. Plusieurs projets de réseaux de transport et de sites de stockage sous la mer du Nord sont en cours de développement ou de mise en service, avec l’ambition d’accueillir le CO2 de plusieurs pays.

La France, qui dispose de peu de sites de stockage immédiatement disponibles sur son territoire, a identifié plusieurs grands bassins industriels, souvent situés près de ports, où le captage pourrait être déployé en priorité : cimenteries, sidérurgie, chimie. Les projets restent à des stades variés, de l’étude de faisabilité aux premières installations. Le captage y est pensé comme un outil ciblé pour l’industrie lourde, pas comme une solution généralisable à tous les secteurs.

Pour vous, citoyen, l’enseignement est simple : ces technologies progressent, mais elles ne dispensent aucun secteur de réduire ses émissions. Les gestes du quotidien, l’efficacité énergétique et le choix d’énergies bas carbone restent les leviers les plus rapides et les plus sûrs.

Questions fréquentes

Le captage du carbone peut-il compenser toutes nos émissions ?

Non. Les capacités de captage en fonctionnement dans le monde se comptent en dizaines de millions de tonnes par an, à comparer à des émissions de l’ordre de quarante milliards de tonnes. Le GIEC intègre une part d’élimination du CO2 dans ses scénarios, mais en complément, et non en remplacement, de réductions rapides et profondes des émissions.

Le CO2 stocké sous terre peut-il s’échapper ?

Le CO2 est injecté à plus d’un kilomètre de profondeur, dans des roches poreuses surmontées d’une couche imperméable. Avec le temps, une partie se dissout dans l’eau des roches ou se minéralise. Les sites doivent toutefois être choisis avec soin et surveillés sur le long terme pour prévenir toute fuite.

Planter des arbres, est-ce du captage de carbone ?

Oui, c’est un captage naturel : la photosynthèse des forêts, des prairies et du phytoplancton transforme le CO2 en matière vivante. Protéger ces puits est souvent moins coûteux que les technologies industrielles et bénéfique pour la biodiversité. Le carbone d’un arbre reste piégé tant que le bois n’est ni brûlé ni décomposé.

Quelle différence entre CSC et CUC ?

Le captage et stockage du carbone, ou CSC, enfouit le CO2 dans des couches géologiques profondes. Le captage et utilisation, ou CUC, le réutilise comme matière première : serres, carburants de synthèse, matériaux, chimie. Dans la plupart de ces usages le carbone n’est stocké que temporairement, seuls la minéralisation et le stockage géologique durent des milliers d’années.

Pourquoi capter le CO2 plutôt que simplement réduire les émissions ?

Réduire les émissions reste la priorité, mais certaines sont très difficiles à supprimer. Pour fabriquer du ciment, le calcaire chauffé libère du CO2 par simple réaction chimique, quelle que soit l’énergie utilisée. Certains procédés de la chimie, de la sidérurgie ou de l’incinération sont dans le même cas : pour ces émissions résiduelles, le captage est l’une des rares options.

Qu’est-ce que le captage direct dans l’air ?

Le captage direct dans l’air, ou DAC, extrait le CO2 de l’air ambiant grâce à de grands ventilateurs qui le font passer dans des filtres ou des liquides. Le CO2 ne représentant qu’environ 0,04 % de l’air, il faut brasser d’énormes volumes, ce qui demande beaucoup d’énergie. Les premières installations traitent de quelques milliers à quelques dizaines de milliers de tonnes par an.

Sources : GIEC, sixième rapport d’évaluation (AR6), groupe de travail III ; IPBES ; Agence internationale de l’énergie (travaux sur le CCUS) ; Global Carbon Project (budget carbone mondial) ; ADEME (avis sur le captage et stockage du CO2) ; ministère de la Transition écologique.