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La voie la plus rapide et la plus économique pour une aviation neutre en carbone

À long terme, on pourrait voler à bord d’avions électriques ou à hydrogène. Mais contre le réchauffement climatique, c’est maintenant qu’il faut agir. © Keystone / Christian Merz

Techniquement, la neutralité climatique dans le secteur de l’aviation est déjà possible, même en continuant à utiliser des carburants fossiles. Une étude montre que le moyen le plus efficace d’y parvenir est le captage et le stockage du CO2.

Ce contenu a été publié le 03 février 2021 - 16:01

Afin d’atteindre la neutralité climatique, objectif que la Suisse s’est fixé pour 2050Lien externe, l’aviation devra aussi faire sa part. Il existe de nombreux moyens pour les compagnies aériennes de réduire leur empreinte carbone à zéro.

L'aviation n’est pas la principale responsable des émissions globales de gaz à effet de serre. Elle ne représente que 2,5 à 3% du total. L’agriculture et la production d’électricité, par exemple, ont un impact nettement plus important. Mais ces deux secteurs sont également au service de milliards de personnes.

En revanche, voler est l’apanage de relativement peu de gens, avant tout des voyageurs des pays les plus riches. Et parmi les personnes qui prennent l’avion, 1% volent très fréquemment et sont responsables de la moitié des émissions totales du secteur.

Source: National GeographicLien externe

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Une possibilité serait de remplacer les avions actuels à carburant liquide par des appareils électriques ou à hydrogène. Cette dernière voie semble particulièrement prometteuse et Airbus, par exemple, investit des milliards dans son projet ZEROeLien externe.

Toutefois, pour arriver vraiment à zéro émission, l’hydrogène utilisé devrait être de l’hydrogène «vert» ou «bleu»Lien externe, c’est-à-dire produit grâce à des sources d’énergie qui n’émettent pas à leur tour de gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

C’est de cette manière que nous pourrions laisser les carburants fossiles derrière nous.

«Si nous y arrivons, très bien! Mais c’est une perspective à long terme et nous avons besoin de réduire l’impact climatique de l’aviation maintenant», explique Marco Mazzotti, professeur italien d’ingénierie des procédés à l’École polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ).

Le groupe de travail qu’il dirige a récemment publié une étudeLien externe (en anglais) qui se concentre sur les solutions les plus faciles à mettre en œuvre à court et moyen terme, en prenant également en compte le facteur coût.

Ces solutions prévoient l’utilisation de carburants dits «drop-in», c’est-à-dire qui puissent être utilisés dans les réservoirs des avions sans qu’il soit nécessaire de les modifier. Il s’agit des carburants fossiles traditionnels, comme le kérosène, ou de carburants synthétiques, produits justement à partir d’anhydride carbonique (aussi nommé dioxyde de carbone, gaz carbonique ou simplement CO2).

Stocker ou utiliser?

En continuant à fonctionner avec les systèmes de propulsion actuels, une aviation à émission zéro serait possible si on éliminait de l’atmosphère la même quantité de gaz à effet de serre que celle émise par les avions. Le procédé, qui consiste à capturer le CO2, est déjà techniquement réalisable.

Il s’agit d’extraire le dioxyde de carbone de l’air par des processus chimico-physiques, pour ensuite le stocker de manière permanente dans le sous-sol, dans des couches géologiques profondes adaptées à cette fin. La technique est nommée CCS (Carbon Capture and Storage). Ou alors, on peut réutiliser le CO2 pour fabriquer un carburant de synthèse, par un procédé nommé CCU (Carbon Capture and Utilisation).

Il existe deux méthodes principales de «capture»: on peut extraire le CO2 de l’atmosphère n’importe où dans le monde avec la Direct Air Capture (DAC); ou alors, on laisse les plantes faire ce travail d’extraction par la photosynthèse et on se contente de récolter le CO2 lorsque la biomasse est éliminée, par exemple dans un incinérateur. C’est ce que l’on nomme la PSC (Point Source Capture).

Le Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche (Empa) a établi qu’en Suisse, environ la moitié des matières brûlées dans les incinérateurs est d’origine végétale.

L’équipe de Marco Mazzotti a pris en considération les différentes combinaisons possibles entre CCS, CCU, PSC et DAC pour voir laquelle était la plus efficace d’un point de vue énergétique et économique. L’analyse a tenu compte de divers aspects, parmi lesquels la possible évolution du coût de ces technologies d’ici à 2050. Des coûts qui se répercuteraient naturellement sur le prix des billets d’avion.

«Pour résumer une histoire un peu longue en une phrase: la CCU a un coût au moins trois fois supérieur à celui de la CCS», indique le professeur.

Produire du carburant synthétique requiert en effet une grande quantité d’énergie, qui doit provenir de sources «dénuées de carbone». Sinon, cela n’aurait aucun sens du point de vue du climat. Et cela se répercute aussi sur les coûts.

«Beaucoup pensent que les carburants synthétiques sont la solution au problème, mais on ne peut pas dire qu’il s’agisse d’une solution économique. La seule qui le soit, c’est le CCS [capture et stockage dans le sol]», conclut Marco Mazzotti.

Où capturer le CO2?

Le coût du stockage du gaz carbonique dépend de l’endroit où il est capturé. La capture directe dans l’air (DAC) est plus chère, mais elle a l’avantage de pouvoir être effectuée partout. L’usine de capture du CO2 pourrait être construite à proximité directe d’un site de stockage. En 2017, la start-up suisse ClimeworksLien externe a mis en service la première installation industrielle de DAC au monde.

La capture par les plantes, ou PSC, est plus simple et plus économique du fait que, pour récupérer le CO2, on part d’un gaz (la fumée d’un incinérateur par exemple), dans lequel il est plus concentré. Le revers de la médaille est que le CO2 ainsi récupéré devra être transporté jusqu’au site de stockage. Le groupe de travail du professeur Mazzotti étudie actuellement de près cet aspect de la création d’un réseau de collecte et de distribution du CO2 «capturé», dans le cadre de projets tant suisses qu’européens.

De plus, les installations comme les incinérateurs ou les usines de biogaz où il est possible de faire de la PSC «existent, mais ne sont pas très nombreuses», précise Marco Mazzotti. «Et il faudra de toute façon continuer à utiliser celles qui existent.»

Évolution des coûts de la réduction du carbone en fonction des technologies utilisées jusqu’en 2050. La bande rouge (BAU – Business As Usual) représente le scénario où on ne change rien par rapport à la situation actuelle, mais on applique une taxe sur le CO2 émis. Pour comprendre ce graphique, il faut savoir que l’étude prend en considération un hypothétique vol Zurich-Boston coûtant 500 euros. En prenant la voie CCS-PSC, on estime qu’en 2050, ce vol coûterait 520 euros, soit 4% de plus. Ce pourcentage passerait à 13% avec la voie CCS-DAC, à 67% avec la voie CCU-PSC, à 85% avec CCU-DAC et finalement, si nous continuons à ne rien faire, le même vol passerait à 1020 euros, soit 104% d’augmentation. ETH

Optimisme prudent

En plus d’indiquer une voie plus efficace pour l’avenir, l’étude souligne qu’une économie neutre sur le plan climatique serait déjà possible maintenant. Mais, «comme on le dit dans ces cas, entre le dire et le faire, il y a un fossé», répond Marco Mazzotti quand nous lui demandons s’il croit que l’aviation sans émissions pourrait bientôt devenir une réalité.

«Que je sois optimiste ou non, cela n’a aucune importance. C’est difficile, mais nous devons le faire», ajoute-t-il. «Je vois une note positive en travaillant au quotidien avec des jeunes. Leur volonté de s’impliquer et de trouver des solutions pour résoudre le problème du changement climatique et du réchauffement global est extraordinaire.» Preuve en est également le fait qu’à l’EPFZ, la demande de projets de thèses sur le thème de la CCS est en passe de dépasser l’offre. «N’oublions pas cependant que la CCS n’est qu’un des éléments parmi tant d’autres à mettre en œuvre pour préserver le climat», rappelle Marco Mazzotti.

Et ce CO2, on le met où?

Le stockage du CO2 peut se faire principalement dans deux types de structures géologiques. Les premières sont les aquifères salins. Ce sont des structures poreuses très profondes, qui contiennent de l’eau saturée en minéraux, au-dessus de laquelle on trouve une ou plusieurs couches de roche imperméable. On peut y injecter du CO2, qui va remplacer l’eau dans les pores. Avec le temps, ce CO2 se dissout, ou réagit avec les minéraux pour former des carbonates, qui vont se fixer de manière permanente.

Les anciens gisements de pétrole ou de gaz constituent le second type de sites pouvant stocker du CO2. Ce sont aussi des structures poreuses étanches, qui ont contenu des hydrocarbures pendant des millions d’années, et pourraient maintenant accueillir du gaz carbonique, explique Marco Mazzotti.

En théorie, le stockage définitif du CO2 est aussi possible en Suisse. Dans le cadre d’un projet européen, des chercheurs de l’Université de Genève tentent d’identifier les zones potentiellement adaptées.

Le stockage du dioxyde de carbone en sous-sol est un procédé pratiqué et étudié depuis plus de 25 ans (par exemple en Norvège, en Islande et au Canada). D’un point de vue environnemental, «c’est définitivement plus sûr que de relâcher ce CO2 dans l’atmosphère, où il provoque le réchauffement global», souligne le professeur Mazzotti.

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