Des roches ophiolitiques à l'échelle nanométrique pour capturer et stocker le CO2
Vestiges d'une ancienne croûte océanique et du manteau supérieur, les ophiolites ont été soulevées par l'activité tectonique et poussées à la lisière des continents et/ou intégrées aux chaînes de montagnes. Le projet CO2NOR (Carbon dioxide storage in nanomaterials based on ophiolitic rocks and utilization of the end-product carbonates in the building industry) s'est particulièrement intéressé aux roches ophiolitiques du massif du Troodos, la principale chaîne de montagnes de Chypre. «L'ophiolite du Troodos est la mieux préservée au monde», déclare le Dr Ioannis Rigopoulos, boursier postdoctoral à l'Université de Chypre. «C'est ce qui se rapproche le plus d'une séquence ophiolitique complète qui présente, du bas vers le haut, une série clairement définie comprenant des roches ultramafiques, mafiques, hypabyssales et extrusives.» Comme l'explique le Dr Rigopoulos, c'est cette séquence qui rend les roches ophiolitiques particulièrement intéressantes pour la capture et le stockage du CO2: «Les réactions entre ces roches et le CO2 créent des minéraux carbonatés (par carbonatation minérale), qui sont stables aux échelles géologiques. La séquestration par carbonatation minérale élimine donc tout risque de fuite dans l'atmosphère. Dans la mesure où nous avons besoin des roches ophiolitiques pour atténuer le problème du changement climatique, l'abondance et le faible coût de ce matériau constituent un facteur essentiel.» Pour convertir des roches ophiolitiques ultramafiques et mafiques en nanomatériaux, CO2NOR a utilisé le broyage à billes, une technique courante pour transformer un matériau en poudre extrêmement fine. Avec cette réduction à l'échelle nanométrique des particules de roches ophiolitiques, le Dr Rigopoulos et son équipe visaient à accélérer les réactions se produisant entre les roches ultramafiques/mafiques et le CO2, et plus particulièrement le processus naturel qui contrôle les concentrations atmosphériques de CO2 à l'échelle des temps géologiques. «Nos résultats montrent clairement que cette réduction de la taille des particules permet d'améliorer considérablement la capacité de stockage des roches ultramafiques et mafiques», déclare le Dr Rigopoulos. «Presque tous les continents recèlent d'énormes quantités d'ophiolites, ce qui nous fait penser qu'une quantité importante du CO2 émis chaque année dans l'atmosphère pourrait être stockée en utilisant cette méthode de CCS.» Pour mettre en évidence la durabilité du procédé, l'Université de Chypre a également mené des expériences sur les déchets produits par les carrières exploitées dans l'ophiolite du Troodos. «Jusqu'à présent, nous avons réalisé plus de 100 expériences de broyage à billes avec une variété de matériaux rocheux et de déchets, et nous avons déterminé les conditions de broyage optimales pour chacun d'eux. Les résultats expérimentaux ont montré que même les déchets issus des carrières d'ophiolite, broyés selon ce procédé, pourraient être utilisés comme matière première pour la minéralisation ex situ du CO2», explique le Dr Rigopoulos. D'une nouvelle génération de matériaux de construction à la géo-ingénierie Les nanomatériaux créés grâce à ce procédé ont été utilisés avec succès pour produire des matériaux de construction écologiques nano-modifiés. Ces matériaux composites, des mortiers à base de chaux enrichis de matériaux nanostructurés tirés de déchets de carrière, présentent de meilleures propriétés mécaniques et ont le potentiel de séquestrer le CO2, ce qui, l'espère le Dr Rigopoulos, suscitera l'intérêt de l'industrie du bâtiment, qui est l'un des principaux émetteurs de CO2. Les déchets de carrière nanostructurés peuvent être utilisés pour remplacer le liant à la chaux, dont la production est responsable d'une partie importante de ces émissions. Mais le Dr Rigopoulos et son équipe ne comptent pas s'arrêter là. «Avec nos collaborateurs du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) en France, nous avons mis au point plusieurs expériences relatives à la géo-ingénierie, ou ingénierie climatique. Ce nouveau domaine vise à intervenir à grande échelle sur les systèmes naturels terrestres dans le but de lutter contre le changement climatique. Les résultats de ces expériences sont très prometteurs.» L'équipe a en particulier évalué le prélèvement direct de CO2 depuis l'atmosphère qui pourrait résulter d'une augmentation de l'altération des péridotites et basaltes à l'échelle nanométrique présents dans l'eau de mer. Les résultats ont montré que le broyage à billes peut fortement améliorer le taux de dégradation des péridotites dans les environnements marins, ce qui favorise le stockage permanent du CO2 sous la forme de minéraux de carbonate sans danger pour l'environnement. «Il est important de mentionner que l'amélioration de ce processus d'altération extrait directement le carbone de l'atmosphère, réalisant en une seule étape la capture et le stockage. Dans cette approche, le réservoir de stockage du CO2 est l'océan, qui couvre plus de 70 % de la surface de la Terre. De plus, l'altération accrue des péridotites à l'échelle nanométrique dans l'eau de mer peut également prévenir l'acidification des océans, qui a de graves conséquences sur les écosystèmes marins», fait observer le Dr Rigopoulos. À l'avenir, l'Université de Chypre espère tirer parti de cette recherche et améliorer ses connaissances sur les matériaux rocheux à l'échelle nanométrique. Il faudra pour cela des recherches supplémentaires sur l'efficacité à long terme de la technique de CCS proposée et, en ce qui concerne la géo-ingénierie, prendre en compte ses effets sur la vie marine.
Mots‑clés
CO2NOR, ophiolites, broyage à billes, nanomatériaux, CCS, roches ophiolitiques, massif du Troodos, ultramafique, mafique, CO2, stockage du carbone, déchets de carrière, industrie du bâtiment, ingénierie climatique, géo-ingénierie, péridotites, vie marine